掺尾矿砂混凝土梁受弯性能试验研究.pdf
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1、全国中文核心期刊 杆 建巍 掺尾矿砂混凝土梁受弯性能试验研究 管品武, 孟会英, 邝周飞 ( 郑州大学 土木工程学院 , 河南 郑州4 5 0 0 0 1 ) 摘要: 通过4 根尾矿砂替代率分别为4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 的混凝土梁和 1 根普通混凝土梁的受弯性能对比试验, 研究尾矿砂 替代率对 混凝土梁 的受弯性能、 破坏形态和变形特征 的影 响规律 。结果表 明, 随着尾矿砂替代率 的增大 , 混凝土梁 的开裂荷载和 极 限承载力没有 明显降低 , 但混凝土梁最大裂缝宽度和跨中挠度 随尾矿砂替代率的增加而增大 ; 尾矿砂替代率在 4 o 5 0 时, 具有较 好的经济效益
2、 。 关键 词: 尾矿砂混凝土: 梁; 替代率; 受弯性能 中图分类号: T U 3 7 5 1 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 1 8 0 3 Ex p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n t h e fle x u r a l p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e b e a ms wi t h mi l l e t a i l i n g s s a n d G U A N P i n w u , ME N G Hu i y i n g
3、, KU A N G Z h o u f e i ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B y fl e x u r a l p e r f o r ma n c e c o mp a r i s o n t e s t s b e t w e e n 4 c o n c r e t e b e a ms w h o s e
4、t a i l i n g s r e p l a c e m e n t r a t e a r e 4 0 , 5 0 , 6 0, 7 0 a n d 1 c o mmo n c o n c r e t e b e a m, w e s t u d y t he t a i l i n g s r e p l a c e me n t r a t e s i n fl ue n c e o n t h e f o r c e p e rfo r man c e, f a i l u r e mo d e an d d e f o r ma t i o n c h ara c t e ri
5、s t i c s T he r e s u l t s s h o w t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f t a i l i n g s r e p l a c e me n t r a t e , t h e c r a c k i n g l o a d a n d t h e u l t i - ma t e b e a r i n g c a p a c i t y o f c o n c r e t e b e am s a r e n o t s i g ni fi c a n t l y r e d u c i n g , b u
6、 t t h e ma x i mu m c r a c k wi d t h a n d s p a n de fl e c t i o n o f c o n - c r e t e b e a ms are i n c r e a s i n g ;wh e n t h e t a i l i n g s r e p l a c e me n t r a t e i s a t 4 0 t o 5 0 , t he c o n c r e t e h a s t h e b e t t e r e c o n o mi c b e ne f i t s Ke y wo r d s : m
7、i n e t a i l i n g s s an d c o n c r e t e , b e am , r e p l a c e m e n t r a t e , fl e x u r a l p e rf o r ma n c e 随着天然砂存储量越来越少,过度开采不但导致天然砂 质量下降而且造成环境破坏。同时, 我国每年产生大量尾矿, 尾矿堆积不但侵占土地、 湮没良田、 破坏生态平衡, 而且严重 浪费资源。 用尾矿砂替代部分细骨料配制混凝土是尾矿有效 再利用的重要方法之一。目前, 国内外对尾矿砂混凝土的配 制和基本材料性能进行了大量试验研究和理论分析 , 但是 对尾矿砂混凝土结
8、构性能的研究较少。本文通过4 根不同替 代率( 4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 O ) 尾矿砂混凝土梁和 1 根普通混凝 土梁的受弯性能对比试验,研究尾矿砂替代率对混凝土梁的 受弯性能、 破坏形态和变形特征的影响规律, 为尾矿砂混凝土 的推广应用提供依据。 1 试验概况 1 1 试验材料 收稿 日期; 2 o l 5 一 o 7 - 2 3 : 修订 日期: 2 0 1 5 - 0 9 1 8 作者简介: 管品武, 男, 1 9 7 1 年生, 湖南祁东人, 教授, 博士, 主要从事 混凝土结构基本理论及应用与工程结构抗震研究。 地址: 郑州市科学 大道 1 0 0号, E mail
9、: g u anp wz z u e d u c n 。 1 8 新型建筑材料 2 0 1 6 1 水泥: P 0 4 2 5 水泥; 粗骨料: 粒径5 2 0 m m碎石; 普通细 骨料: 中砂; 尾矿砂: 来自 湖北某铁矿区, 属中砂。 l - 2 试验设计 本试验以C 3 0 强度等级混凝土配合比为基准, 根据配合 比计算出的具体材料用量见表 1 。 以尾矿砂替代率为变量, 制 备5 根试验梁, 梁尺寸( Ex 宽X 高) 为2 5 0 0 m in x 2 0 0 m m x 4 0 0 m m , 梁中纵向受拉钢筋为2 ( I ) 1 4 , 箍筋为( I ) 1 0 1 5 0 ,
10、 配筋率为 0 3 8 5 r 。 表 1 试验梁用混凝土的配合比 1 3 加载装置和测点布置 本次试验采用三分点加载,利用分配梁将荷载对称地施 加到试验构件上, 并在跨中形成 8 0 0 m m纯弯段, 应变及变形 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管品武, 等: 掺尾矿砂混凝土梁受夸生 能试验研究 测点布置、 试验加载装置潮 如图I 所示。 压力传感 ( a ) 加载装置示意 ( b ) 加 载装置现 场 图 I 测点布置和试验加载装置示意 2 试验结果及分析 2 I 试验现象描述 由 试验可知, 5 根梁的 试验现象基本相似。 对试验构 件进 行预加载后,
11、开始正式加载。刚开始加载时, 荷载较小, 挠度、 混凝土应变以及钢筋应变都很小, 随着荷载增大, 挠度、 混凝 土应变和钢筋应变随之增大。 随着荷载继续增大, 首先在构件 l 7 8 k N 4 4 9k N m I U 7 。 KN 挺2 0 0 瞎 镒 1 0 0 跨中部位出现第 1 条垂直裂缝。 混凝土开裂后, 随着荷载继续 增加, 构件纯弯段内的裂缝宽度增大, 裂缝条数增多, 并逐渐 向上延伸。 随着荷载的进一步增大, 加载点正下方开始出现垂 直裂缝,加载点和支座之间开始出现斜裂缝,且向加载点延 伸。当荷载增;b l1 ) U 某一值时, 受拉区钢筋首先屈服, 构件挠度 和裂缝宽度的发
12、展明显加快。 随着荷载的进一步增加, 构件纯 弯段上部混凝土被压碎, 构件破坏。 5 根试验梁的开裂荷载、 开裂弯矩、 极限荷载和极限弯矩 见 表2 。 表 2 试验梁的开裂荷载、 开裂弯矩、 极限荷载和极限弯矩 由表2 可知, 随着尾矿砂替代率增加, 混凝土梁的立方体 抗压强度整体稍微降低,但均能满足 C 3 0混凝土的强度要 求; 替代率为4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 时, 尾矿砂混凝土梁的开 裂荷载和极限荷载与普通混凝土梁的差值均在 5 之内, 即 尾矿砂替代率对混凝土梁的开裂荷载和极限荷载影响不明 显。 2 2 平截面假定分析 尾矿砂替代率为0 、 4 0 、 5 0 、
13、 6 0 和7 0 时, 不同荷载等 级下, 梁跨中混凝土应变沿截面高度的分布情况见图2 。 i 7 8 k N 4 4 9 k N 1 7 1 9 k N 桓 2 0 0 I 喧 糍 1 0 0 I 7 8 k N 4 4 9 k N l 7 一1 9 NmI U I (J K N 幢2 0 0 追 柩 1 0 0 i 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 - 1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0- i 0 0 0 0 i 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 应变 e 应变 e 应变 e ( a ) R C L -I ( b )
14、 R C L 一 2 ( c ) R C L 一 3 i 7 8 k N 4 4 9 k N 7 1 9 k N 恒 2 0 0 I 恒 辍 i 0 0 1 7 8 k N 目 4 4 9 k N 7 1 9 k N7 1 9 k N 枢 2 0 0 喧 糍 i 0 0 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 - 1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 应变 B 应变 ( d ) R C L 一 4 ( e ) R C L - 5 图 2 梁跨中混凝土应变沿截面高度的分布情况 NE W BUI L Dl NG MATE RI AL S
15、l 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管品武, 等: 掺尾矿砂 混凝土梁受弯性能试验研究 由图2 可知, 从开始加载到纵向钢筋屈服之前, 不同尾矿 砂替代率时,跨中混凝土应变沿截面高度变化曲线都近似一 条直线, 即荷载一定时, 跨中各点混凝土应变与该点到中心轴 的距离成正比。 由此可知, 尾矿砂混凝土梁和普通混凝土梁一 样, 都符合平截面假定。 2 3 纵 向受拉钢筋应变分析 纵向受拉钢筋应变随荷载变化曲线见图3 。 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 钢筋 应变 b e e 图 3 纵向受拉钢筋
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