再生骨料混凝土受扭构件抗震性能试验与理论研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:gaiwenru
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随着我国经济的快速发展和城市建设的需要,城市既有建筑不断更新,城市规模不断加大,大量的混凝土建筑物和构筑物被拆除,从而产生了大量的废弃混凝土。为了解决城市环境保护的压力,迫切需要对这些废弃混凝土进行处理加以利用。将废弃的混凝土块经过回收、破碎、清洗、分级后,按一定比例与级配混合,部分或全部代替砂石等天然骨料配置成再生骨料混凝土是解决这一问题最为有效的措施。既解决了环保问题,又符合国家构建节约型社会,实现可持续发展的需要。目前国内外对于再生混凝土基本构件的研究主要集中在受拉、压、弯、剪几个方面,对于再生混凝土构件在扭矩作用下的受力性能,特别是抗震性能的研究尚无人涉及。本文进行了再生骨料混凝土纯扭构件、弯剪扭复合受力构件的抗震性能试验研究,为再生混凝土进行工程应用提供试验依据和理论基础。通过对2个再生骨料混凝土试件以及2个普通混凝土试件在低周反复纯扭作用下的试验,了解了试件的受力状态和破坏过程。对其滞回曲线、延性特征、耗能能力、强度和刚度的退化等指标进行了系统的研究。试验表明,再生骨料混凝土纯扭试件的破坏过程与普通混凝土纯扭试件相似,从加载开始至破坏经历了弹性阶段、开裂阶段、屈服阶段和破坏阶段。再生骨料混凝土试件开裂荷载比普通混凝土试件低约17%,承载能力基本相近;构件刚度退化规律与普通混凝土构件基本一致。再生骨料混凝土试件的扭转位移延性系数比普通混凝土试件大12.3%,等效粘滞阻尼系数比普通混凝土试件大27.7%。说明再生骨料混凝土试件具有良好的延性和耗能能力。目前基于耐久性的考虑,现行的技术规程均要求限制混凝土中再生粗骨料取代率在30%-50%之间。为提高再生混凝土的耐久性能,加大再生骨料的取代率,可掺加适量的粉煤灰增强界面密实性和粘结作用,改善再生混凝土的耐久性能。由于粉煤灰取代水泥,势必影响构件的受力性能。通过对3个再生混凝土试件以及3根粉煤灰取代水泥率为15%的改性再生混凝土试件进行低周反复弯剪扭试验,获得了不同加载工况下的扭矩-扭率滞回曲线。试验结果表明,改性再生骨料混凝土弯剪扭试件与再生骨料混凝土弯剪扭试件的破坏过程相似。两者的扭矩-扭率滞回曲线差别不大,特征荷载、刚度退化规律基本相同,改性再生骨料混凝土试件的裂缝出现较晚,延性系数和耗能能力略有改善。掺入粉煤灰对再生骨料混凝土试件的抗震性能影响不大。根据试验结果,通过对骨架曲线、屈服荷载滞回环以及极限荷载滞回环的分析,建立了反复荷载下考虑刚度退化的滑移型弯、剪、扭作用下的恢复力模型,为编制计算程序进行数值模拟提供依据。在扭矩和剪力的共同作用下,剪应力按弹性理论计算,扭剪应力按全塑性理论计算,并考虑由于混凝土软化效应导致混凝土内部的应力重分布,建立了开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型并考虑再生骨料混凝土材性的特点,以及试验采用低周反复加载方式,建立了再生骨料混凝土复合受扭构件的抗扭承载力统一方程。理论计算结果与试验实测值符合较好。采用ABAQUS的塑性损伤模型模拟混凝土材料在低周反复荷载下拉压塑性应变导致的弹性刚度的退化以及循环荷载作用下的刚度恢复。对再生骨料混凝土纯扭构件和复合受扭构件进行了低周反复荷载下的模拟计算。分析结果表明,基于ABAQUS软件可以较好地模拟再生混凝土受扭构件在低周反复荷载下的受力状态和滞回性能。将有限元计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。
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