高密度塑胶管约束混凝土的轴心受压性能试验研究.pdf

第 3 7卷第 3期 2 0 1 1 年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 8l 高密度塑胶管约束混凝土的轴心受压性能试验研究 李国优， 刘东民， 赖绪金， 徐 哲 ( 西南交通大学( 峨眉校区) 土木工程系， 四川 峨眉山 6 1 4 2 0 2 ) 摘要： 用高密度塑胶管为模板浇注混凝土柱， 在结构使用过程中仍保留该管可形成约束混凝土柱。通过试验方法来研究这 种结构在单轴受压时的力学性能， 比较了该结构与同条件下素混凝土柱的应力一应变关系。试验证明， 利用高密度塑胶管材 来约束混凝土， 能够有效提高混凝土柱的极限承载能力和变形能力。 关键词： 约束混凝土 ； 高密度塑胶管 ； 应力一应变曲线 ； 抗压强度 中图分类号： T U 3 7 7 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 【 2 0 1 1 ) 0 3 0 8 1 0 3 Ex p e r i me n t a l a t s t u d y a x i a l c o m p r e s s i o n b e ha v i o r o f c o n c r e t e c o l u mn s c o n fin e d wi t h h i g h d e n s i t y p l a s t i c p i pe L I G u o y o u ， L I U D o n g mi n ， L A I X u j i n ， XU Z h e ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y E m e i ， E me i 6 1 4 2 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y u s i n g t h e s t e n c i l ma d e o f h i【g h d e n s i t y o f p l a s t i c p i p e a s f r a me w o r k i n c a s t i n g o f c o n c r e t e ， c o n fi n e d - c o n c r e t e c o l u mn c a n b e f o r me d i f k e e p i n g h i g h d e n s i ty p l ast i c p i p e c o n f i n e d c o n c r e t e i n s i d e s t r u c t u r e d u ri n g i t s l if e s p a n T h e a i m o f t h i s a r t i c l e i s t o d e fi n e t h e me c h ani c a l p r o p e r t y o f t h i s s t r u c t u r e u n d e r a x i a l c o mp r e s s i o n l o a d i n g t h r o u g h e x p e ri me n t s ，s t r e s s - s t r a i n d i a g r a ms a re p l o t t e d i n l a t e r a n aly s i s a f t e r i n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e d i ff e r e n c e b e t we e n t his s t r u c t ure and p l a i n c o n c ret e S u n d e r S a l n e c o n d i t i o n s T h i s s t u d y s h o w s b o t h u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i t y a n d d e f o rm a b i l i ty o f c o n c r e t e c o l u mn V a l l b e e ff e c t i v e l y d e v e l o p e d wh e n i n t r o d u c i n g h i g h d e n s i t y p l a s t i c pi pe i n t o c o n c r e t e mi x p r o p o rti o n s Ke y wo r d s ： c o nfi n e d c o n c r e t e ； h i g h d e n s i ty p l a s t i c p i p e ； d i a g r am o f s t res s s t r ain； c o mp res s i v e s t r e n g t h U 刖 罱 随着我国国民经济和建设事业的大力发展， 各 种材料及不 同形式的约束混凝土结构均在生产实践 中得以利用。文献 1 公开了一种高密度聚乙烯管 混凝土柱， 该结构柱是在高密度聚乙烯管中填充混 凝土， 形成高密度聚 乙烯管混凝 土柱。这种结构不 但在施工过程中能够方便柱子的浇注成型， 而且在 使用过程中保留外围塑胶管形成了约束混凝土结 构 ， 极大提高了柱结构的极限承载力、 变形能力 和耐 腐蚀性能， 同时也体现了经济美观的价值。因此， 有 必要对该结构进行充分的试验研究， 以使其在今后 更好地服务于建设事业。 1 试验概况 1 1 试验 目的 1 ) 比较塑胶管约束混凝土柱与素混凝土柱单 收稿 日期 ： 2 0 1 0 4 ) 1 1 2 作者简介： 李国优( 1 9 8 8 一) ， 男， 甘肃静宁人 ， 本科在读。 基金项目： 西南交通大学科学研究基金资助项 目( 2 0 0 8 0 1 0 7 ) E ma i l ： t a y u e 2 0 0 6 1 2 6 c o rn 轴受压时的应力一应变曲线和破坏形式 ； 2 ) 比较塑胶管对 混凝土柱变形能力 ( 延性 ) 的 提高效果 ； 3 ) 混凝土强度等级对塑胶管约束混凝土受力 性能的影响。 1 2原材料 水泥： 四川省峨眉山市峨胜牌 4 2 5普通硅酸盐 水泥； 石： 峨眉河卵石， 最大粒径 3 7 5 m x n ； 砂： 峨眉 河天然 中砂 ； 塑胶 管 ： “ 川 路” 牌 给 水硬 聚氯 乙烯 ( P V Cu) 管 ， 其组成材料的性能指标 由厂家提供 ， 力学性能指标通过试验 自行测得见表 1 。 表 1 塑胶管性能参数 Ta b l e 1 P l a s t i c p i pe p e rfo r m a n c e p a r a m e t e r s 组成原料 ( ， ) 1 3 试件制作 本次试验利用所选塑胶管作模板直接浇注混凝 土柱， 待养护2 4 h后， 利用小型切割机拆除所需无 约束混凝土柱试件的塑胶管模板， 约束混凝土柱保 留塑胶管。制得混凝土试件具体参数见表 2 。 8 2 四川建筑科学研究 第 3 7卷 表 2 混凝土试件参数 Ta b l e 2 P a r a me t e r s o f c o n c r e t e s p e c i me n s 1 4 加载过程及试验现象 1 4 1 试 验 装置 加载试验利用 2 0 0 0 k N液压试验机进行 。为准 确测出静力加载过程中的竖 向变形 ， 在试件 前后两 侧各设置一个百分表。加载过程按照 混凝土结构 试验方法标准 进行， 所有试件加荷直至破坏为止。 1 4 2试验现象 无约束混凝土柱在加荷初期， 试件表面无明显 变化， 百分表指针趋于匀速转动。随着荷载逐渐增 大 ， 试件表面开始出现细小微裂缝 ， 当外力增大至接 近临界值( 此时 一8 0 f o ) 时， 试件表面细小微裂 缝开始沿纵向迅速扩散。当外荷载增大到临界值 时， 混凝土柱纵向出现大量贯通的劈裂性裂缝， 随 后， 所承受荷载明显下降， 主体压酥破坏。 塑胶管约束混凝土柱在加荷初期， 试件表面无 明显变化 ， 百分表指针趋 于匀速转动。当外力增 大 至极限承载力时， 柱 内部发出混凝土压碎破裂的声 响， 百分表指针加速转动， 在柱身中部的塑胶管周围 开始慢慢出现横向白色条纹。随之， 荷载在基本不 降低的情况下， 百分表指针以更大的速度转动， 柱身 中部的塑胶管周围出现大面积 白色区域 ， 并 出现环 向膨胀。最后 ， 试件中部开始明显变粗 ， 形成鼓状结 构， 但试件仍未丧失承载力。 2试验结果及 数据处 理 通过试验现象可判断出： 采用塑胶管约束 的混 凝土柱 ， 无论在承载力还是延性上 ， 都有 了很大程度 的提高。对试验数据进行整理， 见表 3 。各柱的应 力一应变曲线如图 1 4所示 ， 通过对各柱应力一应 变曲线 图的对 比， 可得出以下结论 ： 表 3 混凝土柱试验强度 T a b l e 3 Ex p e r i m e n t a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e c o l u m n s 3 O 日 室2 0 R 1 0 0 0 0 0l 0 02 0O 3 竖向平均线应变8 图 1 C 2 5混凝土柱应力一应变曲线 F i g 1 S t r e s s s t r a i n c u r v es o f C2 5 c o n c r e t e c o l u n ms 0 0 01 0 02 O 03 竖向平均线应变 图 2 C 3 0混凝 土柱应 力一应变 曲线 F i g 2 S t r e s s - s t r ain c u r v e s o f C3 0 c o n c r e t e c o l u mn s 2 5 2 0 日 皇 1 5 5 0 0 0 0 05 0 0l O 01 5 竖向线应变s 图3 混凝土柱应力一应变曲线对比 Fi g 3 S t r e s s - s t r a i n c u r v e s o f c o n c r e t e c o l umn s 40 30 日 叟 20 1 0 0 0 0 O1 0 0 2 O 0 3 0 0 4 平均竖向线应变 图 4不同强度约束混凝柱应力一 应变 曲线对 比 F i g 4 S t r e s s - s t r a i n c u r v e s o f c o n fin e d- c o n c r e t e c o l umn s 1 ) 无约束混凝土柱在单轴受压时的应力一应 变 曲线如图 3所示。由图可知 ， 素混凝土柱在单轴 受压情况下为突然 的脆性 破坏。当达 到应力峰值 时， 曲线有明显下降段。 2 ) 无约束混凝土柱与其强度等级相同的约束 混凝土柱应力一应变曲线对比， 如图 l ， 2所示。塑 如 加 m 0 d 鲁乏 bR 2 0 1 1 N o 3 李国优 ， 等： 高密度塑胶管约束混凝土的轴心受压性能实验研究 8 3 胶管的约束效应极大地提高了混凝土柱的极限承载 力， 提高效果为 8 0 左右； 与此同时， 塑胶管的约束 还极大地提高了混凝土柱的变形能力， 在应力达到 峰值时， 混凝土柱应力基本不降低， 而应变则继续增 长 ， 进人流幅状态。 3 ) 最后， 对比不同强度等级的约束混凝土柱应 力应变 曲线 ， 如 图 4所 示。从 图 中可 以发 现 ， C 2 5 ， C 3 0强度等级的约束混凝土柱应力一应变曲线 形状大致相同， 而 C 3 0 混凝土的峰值应力较 C 2 5 混 凝土更高。这也说明， 采用塑胶管约束混凝土柱的 强度与混凝土等级有关， 混凝土强度等级越高， 约束 混凝土强度也越高。 1 ) 利用高密度塑胶管来约束混凝土 ， 能够极 大 地提高混凝土的极限承载力。 2 ) 利用高密度塑胶管来约束混凝土， 能极大地 提高混凝土的变形能力。 3 ) 高密度塑胶管约束混凝土的极限承载能力 还与混凝土强度等级有关。 参 考 文 献 ： 1 郭永昌， 等 高 密 度 聚 乙 烯 管 混 凝 土 柱，专 利 号 2 0 0 7 1 0 0 2 7 7 1 9 4 ， 广东工业大学， 2 0 0 7 0 4 2 6 2 3 3 结 语 4 本文通过试验研究， 利用塑胶管来约束混凝土 5 柱， 分析试验所得数据及结果， 可得出以下结论： G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝土结构设计规范 s 北京： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 0 2 G B 5 0 1 5 2 9 2 混凝土结构试验方法标准 s 北京： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 9 2 董磊 F R P 约束混凝土轴心受压性能的实验研究和理论分 析 D 西安： 西安建筑科技大学， 2 0 0 7 王力尚， 钱稼茹 钢管高强混凝土应力一应变全曲线试验研究 J 建筑结构， 2 0 o 4 ( 1 ) ( 上接 第6 7页) 参 考 文 献 ： 吕大刚 ， 于晓辉 ， 王 光远 基 于单地震 动记 录 I D A方 法 的结构 倒塌分析 J 地震工程与工程振动， 2 0 0 9 ( 6 ) Be e m V V S t e n g t h a n d d e f o r ma ti o n c a p a c i t i e s o f b u i l d i n g s u n d e r e x t r e m e e n v i r o n m e n t s M S t r u c tu r al E n g i n e e ri n g a n d S t r u c t u r a l Me c h ani c s ， P i s t e r K S( e d ) P r e n ti c e - H a l ： E n g l e w o o d C l iff s ， N J ， 1 9 7 7： 21 1 - 2 5 5 FE MA Reco mme n d e d s e i s mi c e v a l u a t i o n an d u p g r a d e c rit e ri a f o r e x i s t i n g w e l d ed s t e e l m o m e n t f r a m e b u i l d i n g s R R e p o r t N o F E MA一3 5 1， S AC J o i n t Ve n t u r e，F ed e r a l Eme r g e n c y Ma n a g e me n t A- g e n c y，W a s h i n g t o n DC，2 0 0 0 陆新征 ， 叶列 平 基 于 I D A分 析的结 构抗 地震 倒塌 能力 研究 J 工程抗震与加固改造， 2 0 1 0 ( 1 ) 杨成， 赵世春， 赵人达， 等 地震作用特征对结构 I D A曲线的 影响分析 J 四川大学学报： 工程科学版， 2 0 1 0 ( 2 ) 叶列平， 陆新征。 马千里 ， 等 屈服后刚度对建筑结构地震响应 影响的研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 9 ( 2 ) 韩建平 ， 吕西林 ， 李慧 基于性 能的地震 工程 研究 的新进展 及对结构非线性分析的要求 J 地震工程与工程振动， 2 0 0 7 ( 4 ) V a m v a t s i k o s D ， C o m e l l C A I n c r e m e n t a l d y n a m i c a n al y s i s J E a r t h q u a k e E n gi n e e ri n g and S t r u c t u r a l D y n a mi c s ， 2 0 0 2， 3 1 ( 3 ) Yu XH ， L u D G， S o n g P Y ， e t a 1 S t o c h a s t i c i n c r e me n t a l d y n a mi c a n al y s i s c o n s i d e ri n g r a n d o m s y s t e m p r o p e r t i e sC T h e 1 4 t h Wo r l d C o n f e ren c e o n E a r t h q u a k e E n gin e e ri n g B e i j i n g ， 2 0 0 8 ， P a p e r I D： S 1 5 - 4 7 1 j 1J 1J 1J 1j 1j 1 J