不同再生骨料取代率的再生混凝土梁受弯性能试验研究

为了研究再生混凝土梁在不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率下其正截面的受力特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率的足尺钢筋混凝土简支梁正截面抗弯性能试验。试验共有7根配筋及构造相同的试件梁,其截面尺寸为300 mm×200 mm,净跨为3 000 mm;再生粗骨料取代率有0%,33%,66%,100%共4种,再生细骨料取代率有0%,50%,100%共3种。试验采用三分点单向重复加载方式,研究了不同再生粗、细骨料取代率对梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、截面应变、裂缝及损伤破坏过程的影响。试验结果表明:再生混凝土梁在正截面受力过程中,仍具有弹性、开裂、屈服和极限4个明显的过程;正截面平均应变服从平截面假定;再生混凝土梁损伤破坏过程与普通混凝土梁相似;相同混凝土和配筋条件下再生混凝土梁的极限承载力与普通混凝土梁接近;再生粗骨料取代率对梁受弯性能影响不明显,而再生细骨料取代率对梁裂缝分布和挠度有一定的影响。     

锈蚀钢筋高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同再生粗骨料取代率对锈蚀钢筋高强再生混凝土梁抗弯性能的影响,采用电化学腐蚀法获得4个钢筋锈蚀率为5%的试件,并进行抗弯性能试验。试验采用单向重复加载,研究了不同再生粗骨料取代率对锈蚀钢筋高强再生混凝土梁的破坏特征、混凝土应变、耗能及承载力的影响。研究表明:在低锈蚀率下,锈蚀钢筋高强再生混凝土梁正截面受力过程与再生粗骨料取代率无关;极限承载力随着再生粗骨料取代率的增加而稍有降低;再生粗骨料33%取代时,其耗能能力变化不大,再生粗骨料66%和100%取代时,其耗能能力随再生粗骨料取代率的增大而减小。在长期氯盐及其它有害腐蚀环境中,不宜采用100%再生粗骨料取代,且再生粗骨料取代率宜控制在30%左右。     

中强再生混凝土楼板抗弯性能试验研究

为研究中强再生混凝土板的抗弯性能,进行了2个足尺再生混凝土板和2个普通混凝土板的抗弯性能对比试验。试件再生混凝土粗骨料取代率100%、细骨料用天然砂,混凝土设计强度等级均为C40,加载方式为三分点单向重复加载。试验分析了各试件的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、裂缝及损伤过程。研究表明:中强再生混凝土楼板与中强普通混凝土楼板相比,受弯破坏过程类似,开裂荷载相近、极限荷载较低,跨中挠度略大;中强再生混凝土楼板承载力和正常使用状态下的挠度和裂缝宽度计算可近似采用混凝土结构设计规范的方法,但应乘以与再生粗骨料取代率有关的折减系数,以考虑其长期工作性能与短期试验结果的差异。     

再生细骨料的品质及取代率对混凝土抗冻性能的影响

与天然细骨料相比,再生细骨料中硬化水泥石含量较大,导致再生细骨料吸水率较大、坚固性等性能较差,能否将之用于有耐久性要求的再生混凝土中是工程界十分关注的问题。采用快冻法研究了再生细骨料混凝土的抗冻性能。实验结果表明:经300次冻融循环试验后,高品质再生细骨料混凝土的质量损失率最小值为3.9%,对应的相对动弹性模量为79.8%,抗冻性能优于相应的普通再生细骨料混凝土;随着再生细骨料取代率的增大,普通再生细骨料混凝土抗冻性能变化较快,经过275次冻融循环时,取代率为100%的普通再生细骨料混凝土的质量损失率超过5%,相对动弹性模量降低至70.2%。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能及斜截面承载力计算

为研究高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能,以历经最高温度、再生粗骨料取代率和混凝土强度为变化参数,设计了17个钢筋再生混凝土梁试件,并对其进行了高温处理和静力加载试验。观察了试件历经高温后外观变化和受力破坏形态,获取了承载力、刚度、损伤、延性系数及耗能等力学性能指标,深入分析了各变化参数对其受剪性能的影响规律,探讨了斜截面承载力计算方法。研究结果表明:高温后钢筋再生混凝土梁的表面颜色由灰色变棕黄、表面龟裂,质量烧失率增大,受剪破坏形态与常温下基本相同;随着温度的升高,试件受剪承载力逐渐降低,延性变差;再生粗骨料取代率对试件的承载力和刚度影响不明显;混凝土强度等级高的试件在经历高温后的承载力和初始刚度大;本文基于强度折减法提出了斜截面承载力计算方法,其结果与试验结果的吻合较好。     

再生混凝土冻融后基本力学性能试验研究

为了研究再生混凝土的抗冻融性能,进行了不同再生粗骨料和不同再生细骨料取代率的54个立方体试块和27个棱柱体试件的抗冻融性能试验。基于试验,分析了分别经25次、50次、75次和100次冻融循环后,各阶段棱柱体试件的表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量以及立方体试块的抗压强度损失率;研究了"试件质量损失率-冻融循环次数"、"试件相对动弹性模量改变量-冻融循环次数"的变化规律;提出了适于寒冷地区建造房屋结构的再生混凝土骨料及其取代率。研究表明,再生粗骨料取代率为50%、细骨料为普通砂的试件,经100次冻融循环后,其表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量均与普通混凝土相差不多,经合理设计,仅掺入不高于50%的再生粗骨料的再生混凝土可用于寒冷地区混凝土房屋结构。     

锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结性能试验研究

为研究锈蚀钢筋-再生混凝土黏结滑移性能,进行了30个棱柱体试件拉拔试验研究。试验参数为混凝土水胶比、混凝土再生粗骨料取代率、钢筋锚固长度、钢筋锈蚀率。基于试验结果,分析了再生粗骨料取代率、锈蚀率、锚固长度及混凝土强度对黏结滑移的影响。研究表明:再生粗骨料取代率、混凝土强度、钢筋锚固长度及锈蚀率为影响试件黏结滑移性能的关键因素;锈蚀钢筋-再生混凝土黏结破坏分为三种形式,即钢筋达极限拉力的钢筋拉断破坏,钢筋拔出的黏结滑移破坏,钢筋拔出的混凝土劈裂破坏;锈蚀钢筋-再生混凝土的黏结滑移曲线与普通钢筋-再生混凝土黏结滑移曲线相似,但随锈蚀率的增加,试件黏结强度降低;锈蚀钢筋与再生混凝土黏结强度随锚固长度的增加而减小,而黏结强度提高比例随混凝土强度的增加而减小。     

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。     

高强再生混凝土应力-应变全曲线试验研究

再生混凝土的本构关系是再生混凝土结构抗震设计与计算的关键问题之一,本构关系确定的试验依据是应力-应变全曲线,但是目前亟待研究的高强再生混凝土应力-应变全曲线的试验很少。为研究高强再生混凝土单轴受压应力-应变本构关系,制备了水胶比为0.32的再生混凝土,试件进行了16个100×100×300mm再生混凝土棱柱体试块的单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了再生粗骨料置换率对高强再生混凝土应力-应变本构关系的影响。试验表明:高强再生混凝土应力-应变全曲线下降段脆性明显,再生粗骨料掺量较低时会出现应力台阶;随着再生粗骨料置换率增大,高强再生混凝土强度、弹性模量呈下降趋势,峰值应变小幅度增大,极限应变先增大后减小;拟合了试验所得应力-应变全曲线,效果较好。     

高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强再生混凝土梁正截面受力变形特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率的高强再生钢筋混凝土简支梁抗弯性能试验。4个试件的截面及配筋相同,设计再生混凝土强度为C55。分析了各试件的破坏特征、承载力、延性、耗能等。研究表明:高强再生混凝土梁与高强普通混凝土梁一样,正截面受弯破坏都要经历弹性、开裂、屈服以及破坏4个阶段;正截面应变仍然服从平截面假定;相同条件下,高强再生混凝土梁的开裂弯矩和极限抗弯承载力较普通混凝土有所降低,但相差不大;抗弯刚度小于高强普通混凝土抗弯构件,但延性较好。最后,根据现行混凝土结构设计规范中普通混凝土梁的计算公式,验算了高强再生混凝土梁的极限承载力,其与高强普通混凝土梁的极限承载力差别不大。     

高强再生混凝土柱大偏压性能试验研究

为了解再生粗骨料高强混凝土柱的压弯力学性能,进行了4根大尺寸钢筋混凝土柱大偏心受压重复荷载试验,包括方形与圆形两种截面柱,方形截面边长为600 mm×600 mm,圆形截面直径为675mm。研究变化参数为再生粗骨料取代率。在试验基础上,分析了其破坏特征、承载力、刚度及截面应变发展规律。结果表明,不同截面形式的再生粗骨料高强混凝土柱,其大偏压破坏过程、破坏形态、刚度退化、截面应变发展规律与普通混凝土柱的没有明显区别。参照现行混凝土结构设计规范的相关设计公式计算其极限承载力,计算结果与试验结果符合良好,计算精度能够满足工程要求。     

再生粗骨料混凝土柱耐火性能试验与理论分析

为研究再生粗骨料混凝土柱的耐火性能,进行了1个足尺的再生粗骨料混凝土柱和足尺的1个普通混凝土柱在竖向恒定荷载和温度场耦合作用下的耐火性能试验研究,2个试件的混凝土设计强度均为C30,2个柱采用相同的轴压比施加竖向荷载。在试验研究基础上,比较分析了2个试件的耐火极限以及各个测点的温度变化、侧向挠度、轴向变形和破坏过程;用有限元软件ABAQUS对试件截面温度场进行了模拟分析,测点温度增量模拟结果与实测温度增量符合较好。研究表明:相同初始轴压比条件下,混凝土强度接近的再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱升温速度慢,具有相对较好的隔热性能;再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的抗爆裂性能好,耐火极限长;因再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的孔隙率相对较高,在高温作用下其内部蒸汽应力可得到一定释放,由此引起的柱子轴向压缩变形相应也较大;一定条件下的再生粗骨料混凝土柱可用于建筑工程。     

再生粗骨料混凝土强度预测模型研究

再生骨料与天然骨料相比,具有密度较小、吸水率和压碎指标较大的突出特点,且现有的关于再生粗骨料混凝土强度的配合比设计方法,在如何考虑水胶比、再生粗骨料性质以及再生粗骨料替代率等因素的影响方面还没有形成系统全面的设计理论。通过对104组再生粗骨料混凝土力学性能试验数据库的分析,建立了基于普通混凝土配合比设计方法,兼顾水胶比、再生粗骨料压碎率以及再生粗骨料替代率的再生粗骨料混凝土强度经验模型,经检验该经验模型的预测误差在6.5%以内,为再生粗骨料混凝土配合比设计提供强度参考。     

钢筋与再生混凝土粘结性能及影响因素研究

研究并制作了一种进行钢筋与混凝土粘结滑移性能试验的新型梁式试件,该梁式试件具有同一试件分次完成左右两个不同钢筋锚固长度梁段的粘结滑移性能试验的特点。利用该装置完成了10个梁式试件、20个梁段的粘结滑移性能试验,分析了钢筋与再生混凝土之间粘结性能的影响因素,对实测粘结-滑移曲线进行了拟合,构造了本构模型。研究表明:再生骨料取代率、混凝土强度、钢筋外形、钢筋锚固长度、钢筋直径是影响试件粘结滑移性能的关键因素;与细骨料为天然砂、再生粗骨料的取代率为33%~66%的混凝土相比,钢筋与全再生粗细骨料混凝土的粘结强度明显降低;与光圆钢筋相比,变形钢筋与混凝土的粘结强度显著提高;钢筋与混凝土的粘结强度随钢筋锚固长度增大而减小;在相对锚固长度相等的条件下,钢筋直径越小,钢筋与混凝土的粘结强度越大。     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究高温喷水冷却后方钢管再生混凝土的受力机理,设计了27个方钢管再生混凝土试件在高温喷水冷却后进行轴心受压加载试验。试验考虑的变化参数包括再生粗骨料取代率、历经最高温度和冷却方式。本文对试验的过程进行了简要的说明,观察了试件受力破坏的全过程,获取了荷载-位移曲线,峰值荷载并分析了特征点数据以及各变化参数对高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响规律。试验结果表明:历经最高温度越高,试件破坏后核心混凝土的受损程度越严重。随着历经最高温度的不断提高,峰值荷载和轴压刚度整体呈下降趋势,温度在800℃时试件的延性最好,高温使得试件的耗能能力提高;随着再生粗骨料取代率的增加,峰值荷载的变化规律不明显,但取代率为75%的试件具有最高的峰值荷载,轴压刚度呈波动变化,取代率对延性影响较明显,对耗能影响较小;不同冷却方式对方钢管再生混凝土短柱的延性影响较大,对其它力学性能影响不显著。引入材料强度折减系数后,我国DBJ 13-51-2003规程和日本AIJ规程中计算方法可以较好地评估高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载力。     

高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结性能试验研究

为揭示高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结滑移性能,以再生粗集料取代率、历经最高温度为变化参数,设计了20个高温后消防喷水型钢再生混凝土试件进行推出试验,观察了型钢再生混凝土试件的表面特征、破坏过程及破坏形态,测量了型钢再生混凝土的质量损失率,获取了各试件的极限黏结强度和残余黏结强度,分析了变化参数对高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结强度的影响规律。结果表明,高温后消防喷水型钢再生混凝土的表面颜色随着温度的上升而不断加深;质量损失率随着温度的上升不断增加;高温后消防喷水型钢再生混凝土的黏结强度随温度的变化规律可以从取代率为25%与50%之间划分为两种:取代率为50%及以上的高取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同全再生取代率型钢再生混凝土相似,取代率为25%及以下的低取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同普通型钢混凝土相似。最后本次试验提出了两类高温后消防喷水型钢再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的偏压力学性能,进行了14个组合柱强轴单调偏心受压试验,观察了试件的偏心受压破坏过程及破坏形态,分析了设计参数对试件荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、侧向挠度及承载力等偏压性能指标的影响规律。结果表明,组合柱偏心受压破坏始于受压侧中部型钢屈服,随后钢管受压侧达到屈服强度,进而核心再生混凝土被压碎,钢管中部出现局部明显鼓曲,最终导致试件丧失承载力;组合柱的偏压承载力分别随着再生粗骨料取代率和钢管径厚比的增加而逐渐降低;适当增大型钢配钢率可有效提高试件的偏压承载力和变形能力;增大偏心距和长细比对于组合柱的偏压承载力是明显不利的;总体上,圆钢管型钢再生混凝土组合柱具有较高的偏压承载力和良好的变形能力。     

锈胀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

为研究锈胀对钢筋混凝土梁疲劳性能的影响,采用电化学快速锈蚀试验得到了不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,讨论了初始锈胀裂缝的宽度及分布情况。开展了钢筋混凝土梁的静力及疲劳试验,研究了不同疲劳循环次数后梁的荷载-挠度关系、混凝土疲劳裂缝发展、疲劳寿命及失效模式。试验结果表明:相同静载水平下梁的跨中挠度随疲劳循环的增加而增大,经历相同疲劳循环后梁的刚度退化对锈胀程度敏感性大;锈胀钢筋混凝土梁混凝土裂缝数量减少、裂缝平均间距增大,锈胀程度较低梁的混凝土疲劳裂缝发展具有明显的"三阶段"特征;疲劳试验梁均发生了以纵向主筋疲劳断裂为主要标志的脆性失效形式;锈胀降低钢筋混凝土梁的疲劳寿命,锈胀引起混凝土剥离梁的疲劳寿命下降90%以上。