高钛重矿渣钢筋混凝土柱轴压力学性能试验研究.pdf

2 0 1 5年 第 3 期 (总 第 3 0 5 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 0 5) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 T印巳 0RE 玎I CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 3 0 0 2 高钛重矿渣钢筋混凝 土柱轴压 力学性能试验研 究 黄宏 ， 龙建文 ， 袁方 ( 1 华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 3 3 0 0 1 3 ； 2 江西省建筑过程模拟与控制重点实验室，江西 南昌 3 3 0 0 1 3 ) 摘要 ： 采用试验方法对三种高钛重矿渣混凝土类型的钢筋混凝土轴压短柱的力学性能进行了研究。 从破坏形态、 极限承载力 、 荷载 一 应变关系 、 压缩量等方面与普通钢筋混凝土轴压短柱进行对比分析。 研究结果表 明， 同条件下三种高钛重矿渣类型的钢 筋混凝土轴压短柱的破坏形态与力学性能与普通钢筋混凝土轴压短柱基本相同； 三种高钛重矿渣类型的钢筋混凝土轴压短柱塑 性性能和极限承载力均优于普通钢筋混凝土。 采用现行混凝土结构设计规范计算 了本研究所有试件的轴压极限承载力 ， 并与试 验结果进行了对比， 结果表明可采用现行普通混凝土结构设计规范对高钛重矿渣钢筋混凝土柱的轴压极限承载力进行计算。 最 后 ， 采用有限元法对所有试件的荷载 一 变形过程进行 了计算 ， 有限元计算 曲线与试验结果吻合良好。 关键词： 高钛重矿渣 ； 钢筋混凝土 ； 轴压短柱 ； 极限承载力 ； A b a q u s 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 5 0 5 E r 4 a r i ml s t u d y o n a x i a l c o mp r e s s i v e b e h a v i o r s o f ste e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s wi t h h i g h t it a n i u m h e a v y s la g HUANG Ho n g ， LONG i a nwe n ， YUAN Fa n g ( 1 S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e ri n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， E a s t C hin a J i a o t o n g Un i v e r s i t y， Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3， C h i n a ； 2 J i a n g x i Ke y L a b o r a t o r y o f Co n t r o l a n d S i mu l a ti o n o f Co n s t r u c ti o n P r o c e s s ， Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3， C h i n a ) Ab st r a ct ： Th e me c hani c a l b e h a v i o r s o f s t e e l r e i nf o r c e d c o nc r e t e c o l umns wi t h t h r e e t y p e s o f h i g h t i tan i u m h e a v y s l a g a gg r e g a t e s we r e s tud i e d b y e x p e rime n t al me tho d Th e f a i l u r e mo d e， l o a d c a r r y i n g c a pa c i t y， l o a ds tra i n r e l a ti o ns h i p a n d c o mp r e s s i v e r a t i o f o r e a c h s p e c i m e n we r e an a l yz e d a nd c o m p a r e d wi th e a c h o t h e r Th e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t the a x i a l c o m p r e s s i v e be ha v i o r s o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mns wi t h h i g h tit a n i u m h e a v y s l a g a g g r e g a t e a r e s i mi l ar t o tho s e o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e c ol u mns Th e i n e l a s t i c p e rfo r ma n c e an d l oa d c a r r y i n g c a pa c i t y o f the c o l umn s wi t h l l i g h tit a n i u m h e a vy s l a g a g g r e g a t e are l i R l e s u p e r i o r t o thos e o f c o n v e n t i on a l c o n c r e te c o l u mn Th e l o a d c a r r y i n g c a pa c i t y o f the c o l u mns wi th hi g h ti t a n i u m he a v y s l a g wa s c a l c ul a t e d ba s e d o n the c u r r e n t s pe c i fic a tio n s an d c o mpare d wi th the c o nv e nt i o n a l c on c r e t e c o l umn Th e r e s u l t s i ndic a t e tha t the c u r r e n t d e s i g n s t a n d ard i s a p p l i c a b l e for the c a l c u l a ti o n o f the a x i a l c o mp r e s s i v e s tre n g t h of the s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e te c o l u mn s wi th h i g h t i t a n i u m h e a v y s l a g a g gre g a t e Fi na l l y， the l o a dd e f o rm a ti o n r e l a ti on s h i p wa s an a l y z e d b y f i ni t e e l e me n t me thod for s p e c i me n s， whi c h i n dic a t e s tha t the s i mu l a tio n r e s u l t s a gr e e we l l wi th the e x pe r i m e n ta l res u l t s Key wor ds： h i gh t i tan i u m h e a vy s l a g； r e i n f o r c e d c o n c r e t e； s h o r t c o l u mn u nd e r a x i al c o mp r e s s i o n； l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y； Ab a q u s 0 引言 高钛重矿渣钢筋 混凝土柱是利用 高钛重矿 渣作为混 凝土骨料浇筑而成 的钢筋混凝土构件 。 根据混凝土中使用 的粗 、 细骨料类 型可分为渣砂 渣石 ( 高钛重矿 渣砂和高钛 重矿渣碎石 ) 、 渣砂普 石 ( 高钛重矿 渣砂 和普通碎 石 ) 、 普 砂 渣石 ( 普通砂 和高钛重矿渣碎石 ) 三种高钛 重矿渣混凝 土。 采用这种 以高钛重矿渣代替普通骨料 的方式利用废弃 资源， 一方面可以有效解决攀枝花地 区大量 囤积 的废弃高 炉废渣问题 ， 另一方面还可缓解该地 区砂石材料 的高成本 问题， 符合国家可持续发展的要求。 废弃的高钛重矿渣 中含钛量过高 ， 不宜直接作为胶凝 材料和掺合料利用。 现有研究表明高钛重矿渣碎石和砂 可用于制备高性能混凝土 ， 并且高钛重矿渣钢筋混凝 土构件 中的高钛重矿渣混凝 土和钢筋具有较好 的黏结性 能， 能满足协 同工作 的基本要求 。 柱是建筑结 构中最基 本 的构件形式之一 ， 目前见报导的有关高钛重矿渣钢筋混 凝土柱的研究有 ： 李小伟等 对 C 5 2 5和 C 6 8 8两种高钛 重矿渣骨料混凝 土柱进行 了拟静力抗震试验研究 ， 通过对 高钛重渣骨料混凝土的滞 回曲线 、 骨架 曲线 、 耗能能力 、 延 性 、 层间位移角、 刚度退化和强度退化进行分析 ， 研究表明 高钛重渣骨料高强混凝土柱 的抗震性 能与普通骨料 高强 混凝土柱基本相 当； 焦涛等 对 1 1根高炉渣全矿渣混凝 土柱的低周反 复荷载试 验 ， 对其 变形 能力进 行 了分 析研 究 ， 结果表明 ： 以当前混凝 土结构设计规范和抗 震结构设 计规范等规范进行设计 ， 参照普通混凝土构件的设计计算 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 0 3 基 金 项 目 ： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 7 8 2 0 6， 5 1 0 0 8 1 2 2 ) ； 江西省青年科学家培养对象 ( 2 0 1 3 3 B C B 2 3 0 1 5 ) ； 江西省重大科技创新项 目( 2 0 1 1 4 A C B 0 1 0 0 0 ) ； 江西省教 育厅科技计划 落地项 目( 赣财教 ( 2 0 1 1 ) 2 4 3号 ) ； 交通运输部科技项 目( 2 0 1 1 3 1 8 3 5 1 9 3 0) 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m mm (j ) KG1 1 ( p=1 1 3 ) A mm ( k ) K G1 2 ( p = 2 0 1 ) 图 6 荷载 一压缩量全过程曲线 够较好的求得试件的极限承载力。 图中除了计算曲线峰值 对应的压缩量( ) 稍大于实测值， 有限元计算与试验的荷 载变形曲线总体符合情况 良好 。 由有 限元计算得到的极 限 承载力( N c，2 ) 列于表 1中， 比较得 到试验 实测极 限承载力 与有限元计算极限承载力之比( Jv ， ) 的平均值为 1 0 2 ， 均方差为 0 0 1 ， 计算结果偏于安全。 4 结论 ( 1 ) 同配筋情况下 ， 高钛重矿渣钢筋 混凝 土轴压短柱 与普通钢筋混凝土轴压短柱 的破坏形态基本相 同 ， 都表现 为典型的脆性破坏特征。 ( 2 ) 三种高钛重矿渣钢筋混凝土轴压短柱 中钢筋与混 凝土的黏结性能和协同工作性能均优于普通钢筋混凝土 ， 且矿渣砂普通碎石钢筋混凝土构件最优。 ( 3 ) 三种高钛重矿渣钢筋混凝 土轴压短柱的塑性变形 能力更好 ， 三种高钛重矿渣钢筋混凝土试件的轴心抗压承载 力总体高于普通混凝土试件， 并且可利用现行 昆 凝土结构设 计规范计算其轴心抗压极限承载力 ， 且计算结果偏于安全。 ( 4 ) 在合理建模 的基础上 ， 利用有 限元计算高钛重 矿 渣钢筋混凝土轴心受压 短柱的荷载变形关 系 曲线与试 验 结果符合 良好。 参考文献： 1 K A T Y A L N K， A H L U WA L I A S C， P A R K AS H R E f f e c t o f T i O 2 o n t h e h y d r a t i o n o f t r i c a l c i u m s i l i c a t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 1 8 5 1 1 8 5 5 2 江海民， 牟廷敏， 丁庆军 高钛重矿渣混凝土的工作性能研 究 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 2 5 1 2 7 m m ( i ) KG1 3 ( p=3 2 4 ) 3 周旭， 李江龙， 罗崇理 高钛高炉渣碎石用做混凝土骨料的研 究r J 钢铁钒钛， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 4 3 4 6 4 孙金坤， 陈伟， 李英民， 等 复高钛重矿渣混凝土与钢筋黏结性 能试验研究 J 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 2 1 6 2 1 9 5 李小伟， 陈伟， 李学伟 高钛重渣骨料高强混凝土柱抗震性能 试验研究 J 建筑结构 ， 2 0 1 3 ( 9 ) ： 9 6 1 0 0 6 焦涛 ， 李小伟 ， 陈伟 ， 等 全高炉矿渣钢筋混凝土柱的延性试 验 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 3 (2 ) ： 6 06 3 7 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 8 E S MA E I L Y A， X I AO Y B e h a v i o r o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s u n d e r v a r i a b l e a x i a l l o a d s J A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 4 ， 1 0 1 ( 1 ) ： 1 2 4 1 3 2 9 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范 s i o S C O T T B D， P A R K R， P R I E S T L E Y M S t r e s s s t r a i n b e h a v i o r o f c o n c r e t e c on fin e d b y o v e r l a p p i n g h oo ps a t l o w a n d hi g h s t r a i n r a t e s J A C I J o u r n a l P r o c e e d i n g s ， 1 9 8 2 ， 7 9 ( 1 ) ： 1 3 2 7 1 1 K E N T D C， P A R K R F l e x u r a l m e m b e r s w i th c o n f in e d c o n c r e t e J J o u rna l o f th e S t r u c t ura l D i v i s i o n ， 1 9 7 1 ， 9 7 ( 7 ) ： 1 9 6 9 1 9 9 0 1 2 L U B L I N E R J ， O L I V E R J ， O L L E R S ， e t a 1 A p l a s t i cd a ma g e m o d e l f o r c o n c r e t e J I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f S o l i d s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 8 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 9 9 3 2 6 1 3 H I B B I T T K， S O R E N S E N I A B A Q U S S t a n d a r d u s e r s u b r o u t i n e s r e f e r e n c e ma n u a l M U S A： T h e P e n n s y l v a n i a S t a t e U n i v e r s i t y ， 1 9 98： 12 0 0 1 4 G B T 5 0 1 5 2 -2 0 1 2 ， 混凝土结构试验方法标准 s 2 0 1 2 作者简介： 联 系地 址 ： 联系电话： 黄宏( 1 9 7 7 一) ， 女， 博士 ， 教授 ， 硕导， 主要从事新型钢 管组合结构设计理论及其应用技术研究。 江西省南昌市双港路东大街 8 0 8号( 3 3 0 0 1 3 ) 0 7 918 7 0 4 6 08 5 p p ； 墨 垂 脚 中 国 建 筑 业 协 会 开 展 企 业 信 息 化 建 设 案 例 征 集 活 动 日前 ， 中国建筑业协会印发通知 ， 开展建筑业企业信息化建设案例征集活动 。 通知指出 ， 活动是为 了推动建筑业信息 化发展， 促进信息化建设经验交流共享， 引导建筑业企业科学、 合理、 有效地进行信息化建设。 信息化作为 国家发展战略 ， 已渗透到经济建设各领域 ， 各行业都把信息化建设作为持续健康发展 的重要推动力。 建 筑业 的信息化建设相对于其他行业 ， 起步晚、 水平低 ， 但近几年发展 比较迅速 ， 特别是住房城 乡建设部 印发( 2 0 1 1 2 0 1 5 年建筑业信息化发展纲要 后， 企业对信息化建设的认识不断提高。 同时， 信息化作为实现建筑产业现代化的重要途径， 是加快企业转型升级的主要手段。 因此， 不少企业将信息化建设列为战略发展目标， 不断加大投入力度， 取得了很好的效 果 ， 积累了丰富的经验 ， 值得在全行业交 流推广。 此次， 中国建筑业协会开展信息化建设案例征集活动， 就是要通过宣传推广优秀案例， 展示最新成果和发展趋势， 交 流先进 经验 ， 提高信息技术应用水平 ， 树立信息化建设标杆企业 ， 引导和促进行业信息化发展 。 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m