再生混凝土U型叠合梁抗剪性能.pdf

第 2 9卷 第 2期 2 0 1 2年 6月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo1 2 9 NO 2 J u n e 2 O l 2 文 章 编 号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 0 1 0 6 0 再生混凝土 U型 叠合梁抗 剪性 能 肖建庄 ， 朱永 明 ， 王 璞瑾 ， 高 歌 ( 1 同济大学 建 筑工程系 ， 上海2 0 0 0 9 2 ；2 上海城建物资有限公司 ， 上海 2 0 0 0 6 3 ) 摘要 ： 通过 3根 再 生混凝 土 U 型 叠合 梁和 1 根 再 生混 凝 土 整 浇 梁的 抗 剪性 能 对 比试 验 ， 研 究 了 U 型叠合 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 u 型叠合梁 的抗 剪破 坏形 式和 受力机 理 与整 浇混凝 土 梁类似 ， 再 生混 凝 土 U 型叠合 梁的抗 剪 承 载力 计算 可 参 照整 浇梁 的抗 剪承 载力计 算 方法 。 关 键词 ： 再 生混凝 土 ； U 型 叠合 梁 ； 界 面 ； 斜 裂缝 ； 抗 剪性 能 ； 抗 剪承 载 力 中图分类 号 ： T U3 7 8 2 文献标 志 码 ： A S he a r Be ha v i o r o f Re c y c l e d Co n c r e t e U s ha pe d Co mp o s i t e Be a ms XI AO J i a n z h u a n g ，Z HU Yo n g mi n g 。 ，WANG Pu j i n ，GAO Ge ( 1 De p a r t me n t o f B u i l d i n g En g i n e e r i n g，To n g j i Un i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2，Ch i n a ； 2 Sh an gh ai Ur b a n Cons t r uc t i o n M a t e r i a l s Co，Lt d，Sh a ngh a i 2 0 00 63，Ch i n a) Abs t r a c t ：Th e s he a r be h a v i o r o f t h r e e r e c y c l e d c on c r e t e U s h a pe d c o m p os i t e be a m s a n d o ne who l e c a s t r e c y c l e d c o nc r e t e be a m we r e t e s t e d a nd c o mpa r e d Re s e a r c h e s o n t he de ve l op me nt s o f c r a c ks ，f a i l ur e mo de s a n d s he a r c a p a c i t i e s o f t he U s ha p e d c o mpo s i t e d be a m s a n d who l e c a s t be a m we r e d e v e l o pe d The t e s t r e s ul t s s h ow t h a t s h e a r f a i l u r e mod e s a nd me c ha n i s ms o f r e c y c l e d c on c r e t e U s ha p e d c omp os i t e be a m s a r e s i mi l a r t o t ho s e o f wh ol e c a s t o r di n a r y c o nc r e t e b e a m s Th e c a l c ul a t i on me t h od o f s he a r c a p a c i t y of r e c y c l e d c o nc r e t e U s ha p e d c o mpo s i t e b e a ms c a n be r e f e r r e d t o t h a t o f who l e c a s t b e a ms Ke y wo r ds ：r e c y c l e d c on c r e t e；U s h a pe d c ompo s i t e b e a m ；i nt e r f a c e；di a go na l c r a c k；s he a r be h a v i or ：s he a r c a pa c i t y 引 口 再 生混 凝 土是指 利 用废混 凝 土破碎 加 工而成 的 再 生骨 料 ， 部分 或全 部 代 替 天 然 骨 料 配制 而成 的新 混 凝土 。在 相 同条 件 下 ， 再 生 混凝 土 和易 性 较 普 通 混凝 土差 ， 不 便 于现 场施工 ， 若 将其 应用 于工 厂预 制 构件 中则 既可以保证其质量也 可以保证其生 产速 度。各国学者对叠合梁的研究主要集 中在上下叠合 和二 次受 力上 ， 对 于 U 型叠 合 梁 的研 究 还 不 多 ， 主 要集 中在 U 型叠合梁 的受 弯性 能上 l ， 对其 抗剪 性能研究也很少 ， 而对于将再生混凝土应用于叠合 构件的研究则更少 。由于 U 型叠合方式具有叠合 面无 法进行 人 工拉 毛处理 、 预 制部 分混凝 土用 量少 、 对施工要求高等特点， 需要对其进行专 门研究 。本 文 中笔 者 通 过 对 4根 足 尺 梁 ( 其 中 3根 U 型 叠 合 梁 ， 1根 整浇 梁 ) 的抗 剪性 能 试 验 ， 以剪 跨 比为试 验 参数对再生混凝 土 U 型叠合梁的抗剪性 能进行研 究 ， 试验 数 据和结 论 可 为 再 生混 凝 土 应 用 于叠 合 结 构提供参考和依据。 1 试 验设计 1 1配合 比设 计 试验采用 的再生混凝土骨料 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 收稿 日期 ： 2 O 1 2 - 0 3 0 8 基金项 目： “ 十一五” 国家科技支撑计划项 目( 2 O 1 O B AK6 9 B 2 8 ) ； 国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 3 4 0 ) 作者简介 ： 肖建庄( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 山东沂南人 ， 教授 ， 博士研究生导师 ， 工学博士 ， E ma i l ： j z x t o n g j i e d u c n 。 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 第 2期 肖建庄 ， 等 ： 再 生混凝 土 U 型 叠合 梁抗 剪性 能 5 箍 筋 眨变 l 0 图 9 各梁 的荷 载一 箍筋应变 曲线 Fi g 9 Lo ad - s t i r r u p S t r a i n Cu r v e s o f Be a ms ( 3 ) 在梁斜截面开裂后 ， 随着荷载 的增加， 箍筋 出现 屈服 平 台前 箍筋 应力 与荷 载呈 线性 关 系 。 2 6荷载 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 ) ， 该试验所采 取的裂缝测量方式如 图 4所示 ， 即在弯剪 区布置与 水平方 向成 4 5 。 角的位移计 ， 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 裂 缝 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 记录的荷载一 斜裂缝宽度与数据采集器记 录的数据 进行综合分析 ， 最终得出较为可靠的数据分析方式 。 各梁荷载一 斜裂缝宽度曲线如图 1 O 所示 。 图 1 0荷 载。 斜 裂 缝 宽 度 曲线 Fi g 10 Lo a d - di ag on a l Cr a c k W i dt h Cu r v e s 由图 1 0可 以看 出 ： ( 1 ) 各梁弯剪 区裂缝 出现时的荷载恰好为弯剪 区箍筋应变也 出现变化 时的荷载 ， 与实 际情况吻合 良好 。 ( 2 ) 各梁最终斜裂缝宽度 均超过 1 5 mm， 达到 了定义的梁抗剪破坏状态。 ( 3 ) 斜裂缝宽度与荷载基本呈线性关系 ， 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 ， 而 当剪跨 比为 3 时 ， 在接 近极 限荷 载 时裂缝 宽度 发展 极为 迅速 。 2 7斜截 面开 裂荷 载 各试件斜截面开裂荷载 主要根据试验时 的 观察 记 录来 确定 ， 同时 参考 了试 验 的荷 载一 箍 筋应 变 曲线 。已有 学者 通过 试 验 证 明 ， 再 生 混 凝 土整 浇 梁 的斜截面开裂荷载 比普通混凝土整浇梁 的斜截面开 裂荷载小 1 0 2 O ， 本文试验的叠合梁均采用再 生混 凝土 叠合 梁 ， 各 梁斜 截 面开裂 荷载 见表 4 。 表 4 再生混凝土叠合梁斜截面开裂荷载 Ta b 4 Di a g o na l Cr a c ki n g Lo a d s of Re c y c l e d Co nc r e t e Co mp o s i t e Be ams 梁编号 剪跨 比 斜截面开裂荷载 k N 斜截面开裂承载力 k N RS 3 0 1 6 4 7 8 2 4 Us - 3 3 0 1 8 2 6 91 3 U S _ 2 2 0 2 I 8 5 1 0 9 3 U S 一 1 1 5 2 5 7 3 1 2 8 7 试验结果表明 ： 在剪跨 比 一3的条件下 ， 再生 粗骨料取代率为 l O O 的梁 R S斜截面开裂荷 载低 于 梁 US 一 3 。随 着 剪 跨 比 的 减 小 ， 斜 截 面 开 裂 荷 载 增 大 。 2 8极 限抗剪 承载 力 已有研究表明 ： 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 l 7 ， 本 文试 验主要 研 究 不 同剪跨 比的叠合 梁 与再生 混凝 土整 浇梁 的极 限荷 载 。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 混 凝 土 结 构 试 验 方 法 标 准 ( GB 5 0 1 5 2 9 2 ) 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 土发生 斜 向受 压破 坏 ； 沿斜 截 面 撕 裂 形成斜拉破 坏 ； 斜 裂缝宽度 可 以达到 1 5 ml T l 。 该试 验所 采用 加载 方 式 为 两 点对 称 加 载 ， 故 受 剪 承 载力 取为 极 限荷载 的 5 0 。 根据 梁 斜 截 面破 坏 的定 义 ， 试 验 以各 梁 最 大斜 裂缝 发展 到 1 5 mI T l 的荷载 作为 梁抗 剪承 载力 。根 据 混 凝土 结 构设 计 规 范 ( GB 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) ， 梁 的 抗剪承载力 V 计算公式为 1 7 V 一 b h o + 。 ( I ) T i 式 中 ： 厂 为混 凝 土 轴 心抗 拉强 度 ； b为梁 截 面 宽 度 ； h 。 为粱有效高度 ； 厂 为箍筋抗拉强度； A 为配置在 同一截面内箍筋各肢 的全部截 面面积 ； 为沿构件 长度方 向 的箍筋 间距 。 由于规范中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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑科学与工程 学报 2 0 1 2血 ( 延性 破坏 ) 先于 梁受剪 导致 的突 然破坏 。 表 5为不同剪跨 比下各梁的试验抗剪承载力和 按照式 ( 1 ) 计 算 的抗剪 承载 力 。从 表 5可知 ： 该试验 实测 结果 与 规 范 规 定 梁 抗 剪 承 载 力 的 比值 均 大 于 1 ， 在 实 际 中可保 证其 安全 储备 ； 剪跨 比越小 ， 试验 抗 剪 承载力 与计算 抗 剪 承 载力 比值 越 大 ， 这 是在 推 导 式 ( 1 ) 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 再生混凝土叠合梁的抗剪承载力 Ta b 5 S he a r Ca pa c i t i e s of Re c y c l e d Co n c r e t e Co m po s i t e Be a m s 试验抗剪承载 计算抗剪承载 梁编号 剪跨比 V1 V 力 V1 k N 力 V 2 k N RS 3 0 1 7 3 9 1 3 8 7 1 2 5 U 3 3 0 1 7 8 8 1 2 9 5 1 3 8 US 2 2 O 2 6 2 2 1 6 4 6 1 5 9 U 1 l _ 5 3 5 9 4 1 7 9 3 2 0 0 3 结语 ( 1 ) 试 验 中的再 生 混凝 土 叠 合 梁破 坏 形 式 与再 生混凝 土 整 浇 梁 及 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 剪 压 破坏 。 ( 2 ) 本文中所用 U型叠合梁现浇部分混凝土 占 混凝 土总 用量 的 7 8 7 5 ， 叠 合 梁试 验 过 后 经 敲 开 时 ， 叠合面与箍筋 间的连接完好， 证 明在 U型叠合 时 对梁 的抗剪 承载力 无不 利影 响 。 ( 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 土结 构设计 规 范计算 的抗剪 承载 力 的 1倍 以上 ， 满 足 实际应用 要求 。 参 考 文献 ： Re f e r e nc e s： E l i YA NG K H， OH M H， K I M M H， e t a 1 F l e x u r a l B e h a v i o r o f H y b r i d P r e c a s t Co n c r e t e Be a ms wi t h H s t e e l B e a ms a t B o t h E n d s J E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 1 0 ， 3 2( 9)： 29 40 29 49 2 E 3 4 E s 6 E 7 E 8 9 曾垂军 ， 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E J 建筑科学 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) ： 4 9 5 3 Z ENG Ch u i j u n， wU F a n g b o 。 DUAN S h a o we i Ex pe r i me nt a l St ud y o n Be n di ng Be h a vi or o f Co mpo s i t e Be a m s wi t h U s ha p e d Pr e s t r e s s e d Pr e c as t El e me nt s E J B u i l d i n g S c i e n c e ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) ： 4 9 5 3 GB 5 0 1 5 2 9 2 ， 混凝土结构试 验方 法标 准 s GB 5 015 2 92，S t a n da r d M e t ho ds f or Te s t i ng o f Co n c r e t e S t r u c t u r e s S 埘钰 叠合梁 叠合面抗剪 机理分 析及抗剪 强度 计算 J 邵 阳学院学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 3 ( 3 ) ： 4 8 5 1 XI E Yu Ana l ys i s o n An t i s he a r De s t r oy M e c h an i s m a n d t h e C a l c u l a t i o n o f S h e a r Re s i s t a n c e i n t h e Co m b i n e d I n t e r f a c e o f C o mp o s i t e B e a m 1 J o u r n a l o f Sha o y a ng Un i v e r s i t y： Sc i e n c e a n d Te c h no l o gy，2 0 06，3 ( 3)： 48 51 林 少明， 贺采旭 低周反复荷载下钢筋混凝土连续迭合 梁 的抗剪性 能 J 武汉水 利 电力大学 学报 ， 1 9 8 7 ( 2 ) ： 73 83 I I N Sha o mi ng， H E Ca i XU The Sh e a r Be h a vi or of RC Cont i nu ou s Comp os i t e Be a ms Und e r Lo w Cy c l e Loa d i n g J J o u r n a l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f Hy d r a u l i c a n d El e c t r i c Eng i n e e r i n g， 1 9 87( 2)： 7 3 8 3 石建军 ， 孙冰 ， 杨晓锋 ， 等 叠合构件结合面 的粘 结性 能探讨_ J 混凝 土与水 泥制品 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 5 0 5 3 S HI J i a n - j u n， S UN Bi n g ， YANG Xi a o f e n g ， e t a 1 Di s c u s s i o n o n Bond i n g Be ha v i or o f I n t e r f a c e o f Co mbi ne d Me mb e r s J C h i n a C o n c r e t e a n d C e me n t P r o d u c t s ， 2 00 4( 5)： 5 0 53 HAN B C， YUN H D， CHUNG S YS he a r Ca p a c i t y o f Re i n f or c e d Co nc r e t e Be a ms M a de wi t h Re c yc l e d a gg r e _ g a t e C MAI HO TR A V M S P 2 0 0 3 1 F a r mi n g t o n Hi l l s ： ACI ， 2 0 0 1 ： 5 0 3 5 1 6 肖建庄 ， 兰 阳 再生混凝土梁抗剪性能试验 研究 J 结构工程师， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 5 4 5 8 ， 5 3 XI AO J i a n z h u a n g ， LAN Ya n g Ex p e r i me n t a l S t u d y o n S h e a r B e h a v i o r o f R e c y c l e d C o n c r e t e B e a ms E J S t r u c t u r a l En g i n e e r s ， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 5 4 5 8， 5 3 F ATHI FAZ L G， RAZ AQP UR A G， I S GOR O B， e t a 1 Sh e a r S t r e n gt h of Re i nf o r c e d Re c yc l e d Co nc r e t e Be a ms w i t h S t i r r u p s J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 01 0。 62( 1 0)： 68 5 69 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m