再生混凝土叠合梁抗剪性能试验.pdf

2 0 1 2 年 第 5期 (总 第 2 7 1 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 2 ( T o t a l N o 2 7 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRETE P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 3 8 再生混凝土叠合梁抗剪性能试验 肖建庄 ，徐亚玲 ，王璞瑾 ( 1 同济大学 土木工程学院 建筑工程系，上海 2 0 0 0 9 2 ；2 上海城建物资公司，上海 2 0 0 0 6 2 ) 摘要： 通过三根再生混凝土叠合梁和一根再生混凝土整浇梁的抗剪性能对比试验， 研究了叠合梁和整浇梁的裂缝发展、 破坏形式和抗 剪承载力。 试验结果表明： 再生混凝土叠合梁的抗剪破坏形式和受力机理与整浇普通混凝土梁类似。 取代率高的再生混凝土叠合梁抗剪承载 力略低于取代率低的再生混凝土整浇梁。 关键词： 再生混凝土；叠合梁； 抗剪性能；破坏形式； 数值分析 中图分类号 ： T U5 2 8 叭 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 一 叭1 8 0 5 T es t on t h e s he ar be ha v i or o f r e c yc l e d c on cr e t e c ompos i t e b ea ms XI AOJ i a n - z h u a n g ， XUY a l i n g ， WANGP u -j i ( 1 D e p a r t me n t o f A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， T o n g j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a 2 S h a n g h a i U r b an Co n s t r u c t i o n Ma t e ri a l C o ， L t d ， S h ang h a i 2 0 0 0 6 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Te s t s o n t h r e e r e c y c l e d c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a ms a n d o n e wh o l e c a s t r e c y c l e d c o n c r e t e b e am s h e a r p e rfo r ma n c e and c o mp a r i s o n we r e c a r r i e d o u t A s t ud y O il c r a c k d e v e l o p me n t ， f a i l u r e mo d e s an d s h e a r c a p a c i t y o f t h e b e am s wa s d e v e l o p e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t ： r e c y c l e d c o n c r e t e c o mp o s i t e b e am s he a r f a il u r e mo d e s an d me c h a n i s m s we r e s i m i l a r t o tho s e o f t h e who l e c ast o r d i n a r y c o n c r e t e b e a m s S he ar s e n g t h o f hi g h e r r e pl a c e me n t r a t i o o fr e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a ms we r e s l i g h t l y l o we r t h a n the l o we r r a t i o o n e Ke ywor d s： r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e； c o mp o s i t eb e am； s h e ar b e h a v i o r ； f a i l u r emo d e ； n u me ri c a l an a l y s i s 0 引 言 随着我国城市化进程的加快， 大量的原有建筑被拆除， 所 产生的大量建筑垃圾的处理方式也越来越受到关注。 再生混凝 土是将废弃混凝土经破碎、 清洗和分级后产生的骨料 ， 与普通 骨料按照一定比例混合后作为新骨料配制而成的混凝土。 近 年来已有国内外学者通过大量试验证明， 再生混凝土的抗压强 度I l_ 5 】 、 抗拉强度 ， 抗折强度8 - 9 等均低于普通混凝土， 但只要设 计合理 ， 其性能均满足规范要求。 在相同用水量条件下， 再生混 凝土比普通混凝土坍落度小， 流动性差 “ ， 然而将其应用于工 厂预制构件中既可以保证其质量也可以保证其生产速度。 除了 国内外 学者 的学术研 究外 ， 国内对于再生混凝土的实际应用的 探索也在逐渐增多。 在 2 0 1 0 年的上海世博会中， 由上海城建物 资有限公司完成的“ 沪上 生态家” 工程取得了良好的社会和经 济效益 12 】 。 在实际生产中， 再生混凝土具有坍落度低 ， 和易性较 普通混凝土差的特点， 不便于现场施工， 但若将再生混凝土应 用于预制构件中则会解决上述问题。 叠合式构件具有整体现浇 和整体装配式结构均不具有的优点， 而国内外尚缺乏将再生混 凝土应用于叠合式构件的研究。 本研究通过 4根足尺梁的抗剪 性能试验， 其中 3根叠合梁， 1 根整浇梁， 以不同剪跨比作为控 制变量来对再生混凝土叠合梁的抗剪性能进行研究。 1 试验设计 1 1 配合 比设 计 本试验 再生混凝土骨料 由上海市万吉机械施 工工程 有限 公司所生产 ， 符合 再生混凝土骨料应用规程 的规定。 天然骨 料为碎石， 普通河砂。 再生混凝土采用室内配合比试配， 强度等 级为 C 3 5 。 再生混凝土配合比和钢筋材料性能详见表 1 、 2 。 表 1 再生混凝土配合比 1 2 试 件设 计 本试验以再生混凝土叠合为试验对象 ， 共 4 根梁， 其中3根 叠合梁， 1 根整浇梁。 以剪跨比为控制变量， 编号 C S 一 1 3分别代 收稿 日期 ：2 0 1 1 - l 1 l 基金项 目：上海市科学技术委员会( 1 0 2 3 1 2 0 2 0 0 0 ) - 11 8 表剪跨比为 1 5 、 2 、 3的 3 根叠合梁， 梁 R S为 1 0 0 取代率再生 混凝土整浇梁。 各梁截面均为2 0 0 mmx 4 0 0 IT I I 1 ， 梁长4 1 0 0 mm， 有效长度 3 9 0 0 m m， 抗拉钢筋配筋率为p = 2 4 7 。 箍筋及架立筋 从图 8 可知： 在梁斜截面开裂前各梁箍筋几乎不受力， 在 斜截面开裂瞬间箍筋应变开始突然变大， 图中曲线出现弯曲时 的荷载与实际观测到的出现斜裂缝的荷载一致 ， 证明出现斜裂 缝后箍筋即加人到梁的抗剪承载力中。 相同荷载下箍筋应变 越小， 证明混凝土承担的剪力越多。 从图中可知梁 R S箍筋承担 剪力最大。 在梁斜截面开裂后， 随着荷载增加 ， 箍筋出现屈服 平台后箍筋应力与荷载呈线性关系。 2 6 荷载一 斜裂缝宽度 曲线 由于单条裂缝宽度在实际中极难实时测得( 裂缝的发展与 走向和条数无法准确预测) ， 本试验所采取的裂缝测量方式为 图9所示， 即在弯剪区布置与水平方向呈 4 5 。 的位移计， 测量范 围贯穿整个弯剪区， 此时会发生 3个导致裂缝测量不准确的因 素 ： 所测区域出现多条裂缝， 测量结果为它们宽度的总和， 会 使测量结果偏大； 测量区域内裂缝发展角度与位移计拉丝方 向不垂直而呈一定夹角， 会使测量结果偏小 ； 由于拉丝具有 一 定的弹性， 会使测量结果偏小。 因此数据分析时采取将实际试验中人工所记录裂荷载一 裂 缝宽度与数据采集器记录数据综合分析， 最终得出较为可靠数 据的分析方式。 各梁荷载一 裂缝宽度曲线如图9所示。 U l 2 3 弯剪区裂缝宽度 ram 图 9 荷载 裂缝宽度曲线 由图 9 可知 ： 弯剪区裂缝出现时荷载恰好为弯剪区箍筋 应变也出现变化时的荷载， 与实际情况相吻合。 各梁斜裂缝宽 度均超过 1 5 mm， 达到了梁抗剪破坏定义。 斜裂缝宽度发展与 荷载基本为线性发展， 剪跨比越小裂缝宽度发展数值与荷载增 加数值之比越小， 即剪跨比越小裂缝越不易变宽。 2 7 斜向开裂荷载 各试件斜向开裂荷载 主要根据试验时的观察记录， 同 时参考了试验的荷载一 箍筋应变曲线。 之前已有学者通过试验 证明再生混凝土整浇梁的斜向开裂荷载比普通混凝土整浇梁 的斜向开裂荷载小 1 0 - 2 0 ， 本试验的叠合梁均采用再生混凝 土进行试验， 各梁斜向开裂荷载见表 4 ， 斜向开裂荷载与剪跨比 的关系见图 1 O 。 表 4 再生混凝土叠合梁斜截面开裂荷载 试验结果表明： 在剪跨比为 3的条件下， 取代率为 1 0 0 的梁 R S 开裂荷载低于梁 C S 3 。 随着剪跨比减小， 斜截面开裂 荷载增大。 Z 辅 瞄 碟 尽 孺 图 1 0 梁斜截面开裂承载力与剪跨比关系 2 8 极限抗剪承载力 2 8 ， 1 与 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 2 混凝土设计规范 相比较 前续研究已经表明， 按照普通混凝土设计方法设计的再生 混凝土梁偏于不安全 15 ， 本试验主要研究不同叠合方式与再 生混凝土整浇梁的极限承载力。 破坏荷载为试验中试件所能承 受的最大荷载， 极限荷载根据 G B 5 0 1 5 2 9 2 混凝土结构试验 方法 确定， 即受剪试验时， 试件在加载或持荷过程中出现下列 现象之一时所对应的荷载为极限荷载： 斜裂缝端部受压区混 凝土发生剪压破坏； 沿斜截面混凝土斜向受压破坏； 沿斜 截面撕裂形成斜拉破坏； 斜裂缝宽度达到 1 5 mm。 受剪承载 力取为极限荷载的5 0 ( 因为本试验所采用加载方式为两点对 称加载) 。 根据梁斜截面破坏的定义， 本试验以各梁最大斜裂缝发展 到 1 5 r n l T l 的荷载作为梁抗剪承载力 。 根据 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 2 混凝土结构设计规范 的梁抗剪承载力计算公式： 1 1 d V e s= 等 6 ( 1 ) 十 l 由于规范所规定的梁抗剪承载力有一定的安全储备 ， 即为 了保证在一般荷载条件下梁受弯破坏( 延性破坏) 先于梁受剪 导致的突然破坏。 表 5列出了不同剪跨比下各梁的试验抗剪承载力和按照 公式( 1 ) 计算的计算抗剪承载力。 从表 5 可得出发现 ： 实测结果 与规范规定梁受剪承载力的比值均大于 1 ， 在实际中可以保证其 安全储备； 剪跨比越小时， 试验梁受剪承载力与计算抗剪承载 力比值越大， 这是在推导本公式时采用了承载力的下限并采用 更低的弯剪承载力所致 ； 由于本试验采用叠合方式， 按照规范 规定， 混凝土强度应取预制构件和现浇部分二者中强度较低者 进行计算 ， 因此强度较高的部分会导致试验抗剪承载力与计算 抗剪承载力的比值进一步提高。 表 5 按GB 5 0 0 1 0 2 O 1 3 混凝土结构设计规范 再生混凝土叠合梁抗剪承载力 图 1 1 显示了不同剪跨比下梁的抗剪承载力， 近似为线性。 2 8 2 与桁架一 拱模型建立的公式相比较 根据文献 1 8 】 提出的根据桁架一 拱模型建立的有腹筋梁抗 剪承载力公式： 1 2 1 咖 瑚 枷 姗 枷 7 互、 镉耀 Z 憾 l 6 O 图 1 1 梁实测抗剪承载 力与剪跨 比关系 = 0 5 ( X X + m 2 一 A 式中： A ： ( 一 1 0 0 ) 4 0 0 ； m： 1 + a S f c = O 7 。 1 。 将各项数据代入( 2 ) 中进行计算后 ， 填入表 6中。 ( 2 ) 表 6 按桁架一 拱模型建立的公式计算梁抗剪承载 力 梁编号 剪龇k试验 载力 计算 载力 从表 6可知， 试验得出的梁抗剪承载力与按桁架一 拱模型 建立的公式比值均小于 1 ， 是偏于不安全的， 但公式( 2 ) 仍具有 I十 的值随着剪跨比减小而增大的趋势 。 因此若过后续更 多试验来确定此公式应用于再生混凝土时需要进行修改的参 数， 则此公式也将可以应用于再生混凝土梁的抗剪设计中。 3结 论 ( 1 ) 本试验的再生混凝土叠合梁破坏形式与再生混凝土整 浇梁和普通混凝土整浇梁破坏形式相同。 破坏时所有梁斜裂缝 均超过 1 5 mm， 属于受剪破坏。 ( 2 ) 破坏时叠合面并未发生对抗剪承载力的不利破坏 ， 叠 合梁试验过后经敲开后 ， 叠合面与叠合面问， 叠合面与箍筋问 的连接完好， 证明在进行人工处理后的叠合面和适当配箍率的 条件下叠合形式对梁抗剪承载力影响不大。 ( 3 ) 在不同剪跨比下， 各梁的破坏形式符合普通混凝土梁 抗剪破坏形式的分类， 试验抗剪承载力均大于按照混凝土规范 计算抗剪承载力的 1 倍以上， 满足实际应用要求。 参 考文献 ： 1 蒋业浩 再生混凝土抗压强度及配合比设计研究 D 】 南京 ： 南京航空 航天大学 ， 2 0 0 6 2 NI XO N P J Re c y c l e d c o n c r e t e a s a n a g g r e g a t e f o r c o n c r e t e A r e v i e w J Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 7 8 ， l 1 ( 5 ) ： 3 7 1 3 7 8 f 3 1 L I MB A C HI Y A M C， L E E L A WA T T， D HI R R KUs e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g gre g a t e i n h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e J Ma t e r i a l s a n d S t ruc t u r e s ， 2 0 0 0 ( 3 3 ) ： 5 7 4 5 8 0 4 C AS UC C I O M， T O RR I J O S M C， G I AC C I O G F a i l u r e m e c h a n i s m of r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 7： 1 7 【 5 】兰阳， 肖建庄， 李佳彬再生粗骨料混凝土材料与梁抗剪性能研究l J l _ 特种结构， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 - 1 1 6 1 陈莹， 林建华， 王琼 再生骨料基本性质及对混凝土性能影响的研究【 j 再生资源研究， 2 o o 3 ( 6 ) ： 3 4 3 7 7 叶孝恒 再生混凝土的基本力学性能 西部探矿工程， 2 o o 6 ( 1 ) ： 2 2 4 8 】许岳周， 石建光 再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析与评价 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 4 1 4 6 9 K i y o s h i E g u c h i ， K o h j i T e r a n i s h i ， A k i r a N a k a g o me ， e t a 1 Ap p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e b y m i x t u r e t o c o n c r e t e c o n s t ruc t io n C o n - s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 o 7 ( 2 1 ) ： 1 5 4 2 1 5 5 1 【 l 0 赵军， 邓志恒 ， 林俊再生混凝土粗骨料性能的试验研究【 J 1 _中国建材 科技， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 7 2 1 ( 1 1 A N N K Y， MO ON H Y， KI M Y B， e t a 1 D u r a b i l i t y o f r e c y c l e d a g gr e g a t e c o n c r e t e u s i n g p o z z o l a n i c ma t e ri a l s J Wa s t e Ma n a g e m e n t 2 0 0 7 ： 1 _ 7 【 l 2 1 徐亚玲 预拌再生混凝土的研究及其工程应用【 J 上海建设科技 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 5 4 5 9 1 3 僧 垂军 ， 吴方伯 ， 段绍伟u形预应力预制构件叠合梁受弯性能试验 研究 建筑科学， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) 1 4 G B 5 0 1 5 2 - - 9 2 ， 混凝土结构试验方法 s 】 1 S l H AN B C， e t a 1 S h e a r c a p a c i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms ma d e w i t h r e c y c l e d a g g r e g a t e J A C I S p e c i a l P u b l i c a t i o n ， 2 0 0 1 ： 2 0 0 1 6 肖建庄 ， 兰阳 再生混凝土梁抗剪性能试验研究I J 】 结构工程师， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 5 4 5 8 1 7 S o g o ， T a k a s h i s a S o g a b e ， I p p e i Ma r u y a ma ， e t a 1 S h e a r b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d r e c y c l e d c o n c r e t e b e a m s A 1 8 汪见鲸， 李杰， 金伟良 高等混凝土结构理论【 M 京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 7 作者简介： 肖建庄( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 工学博士， 教授， 博士生导师。 联系地址： 上海四平路 1 2 3 9 号 同济大学土木大楼 4 3 2 号( 2 0 0 0 9 2 ) 联 系电话 ： 1 3 6 2 1 8 3 6 8 9 5 福田雷萨奔驰底盘 5 2 m泵车上市 2 0 1 2 年 4月 2 4日， 福田雷萨奔驰底盘 5 2 m泵车在2 0 1 2北京国际汽车展览会上高调上市， 并于车展现场举行交车仪式。随着 新车型的推出， 志在格局突破的福田雷萨加速了践行福田汽车“ 2 0 2 0战略” 的步伐 ， “ 与世界标准同行” 的口号更标志着福田雷萨开 启了中国制造新模式的全新实践， 引领 自主品牌进人技术、 品质、 管理、 市场、 服务全面升级新时代。 进军国际市场， 成为“ 全球 昆 凝土机械成套设备供应商” 是未来福田雷萨的战略目标。福田雷萨泵送事业部总裁范现军在上市 仪式现场表示： “ 与世界标准同行蕴含了福 田雷萨对行业本质的准确洞察 ， 对企业发展道路的深邃思考 ， 与福田汽车进军世界的大 战略相一致 ， 体现福田雷萨世界级的眼光和韬略。 奔驰底盘泵车的上市， 正是福田雷萨践行 与世界标准同行 新理念的具体成果。 ” 福田雷萨此次推出的奔驰底盘 5 2 1 T I 泵车弥补了高端品牌底盘产品的空缺， 大大完善了福田雷萨的产品链条， 给予客户更多重 选择。 高品质底盘结合福田雷萨全价值链一体化的优势大大加强了整车的可靠性 ： 奔驰 A c t r o s 拥有先进的安全标准， 全面提升驾驶 安全系数。在预防性安全措施方面， 泵车驾驶室采用“ 碰撞单元概念( C E C) ” 设计 ， 保证在强烈撞击时驾驶室不发生严重挤压变形或 脱离车架， 以确保驾驶员享有最大的生存空间； 同时大量采用无尖角设计和抗破碎、 抗折断及阻燃材料， 有效降低和避免了事故对 驾驶者的伤害。 奔驰底盘 5 2 1 1 1 泵车上市是福田雷萨迈向世界标准的里程碑， 更是福田雷萨打造强势产品阵营 ， 成就“ 全球混凝土机械成套设 备供应商” 理想的最新实践。未来， 福田雷萨将进一步依托福田汽车集团强大的研发、 制造、 服务资源， 实施“ 研发、 制造、 市场推广全 面提升战略” ， 加速将福田雷萨打造成为“ 世界品牌” 。 】 2 2