方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究.pdf

江苏建筑 2 0 1 3年第 4期 ( 总第 1 5 6期 ) 方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究 严 超 ， 王振 波 ， 刘 飞 ( 南京工业大学土木工程学院。 江苏南京2 1 0 0 0 9 ) 摘 要】 文章研究了方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能， 对9 根方钢管再生混凝土短柱进行了 推出 试验。研究了再 生混凝 土的强度 等级 ， 再 生粗 骨料 替代 率 ， 膨胀 剂掺 量 3个变化参量对其粘结滑移性 能的影响 ， 并考虑此 3个变量 ， 提 出了 方钢管再生混凝土粘结滑移的本构关 系。 关键词】 方钢管再生混凝土； 推出试验； 粘结滑移； 本构关系 【 中I1 1 T U 5 2 8 文献标识码 A 【 文章编号 1 0 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 l 3 0 4 - 0 0 9 7 - 0 3 Ex p e r i me n t a l Re s e a r c h o n t h e Bo n d-S l i p Be h a v i o ur o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co nc r e t e - F i l l e d S q u a r e S t e e l Tu b e s YAN C h a o WANG Z h e n - b o L I U F e i ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e i n t e rf a c e b o n d - s l i p p e rfo r ma n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e - fi l l e d s q u a r e s t e e l t u b e ， n i n e s p e c i me n s we r e d e s i g n e d f o r t h e p u s h - o u t t e s t s T h e p ara me t e r s c o n c e r n e d we r e s t r e n g t h g r a d e o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e ， r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e r e p l a c e me n t r a t e a n d e x p a n s i v e a g e n t d o s a g e T h e i n fl u e n c e o f t h e p a r a me t e r s o n t h e i n t e rfa c e b o n d - s l i p p e rfo r ma n c e w e r e d i s c u s s e d F i n a l l y ， t h e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p w h i c h c o n s i d e r e d t h e r e c y c l e d c o a rse a g gre g a t e r e p l a c e me n t r a t e a n d t h e q u a n t i t y o f e x p a n s i v e age n t o f the i n t e r f a e e b o n d - s l i p a r e p r o p o s e d Ke y wo r d s ：r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e - fi l l e d s q u a r e s t e e l ； p u s h - o u t t e s t ； b o n d - s l i p ； c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p 0 引言 钢管混凝土组合结构形式能够提 高核心混凝土 的抗压 强度 ， 改善混凝土的塑形和延性 。 将这 种组 合结 构形式应用 于再生混凝土就形成 了钢管再生 混凝 土这种新型的结构形 式。但是现今对于钢管和再生混凝土之 间的粘结 滑移本构 关系 尚未深入研究 影响 了 目前钢管再生混凝 土的理论研 究和计算 机模拟分 析翻， 此 问题解决不好 。 必将影响再 生材 料与新型结构结合 的推广与应用 。 为此 。 本文对 9个方钢管 试件 进行推出试验 探究钢管与再生混凝土界 面粘 结性 能 及 其影响因素 。 并提 出了粘 结滑移的本构关系 。 1 试验概 况 1 1测 量方案 ( 1 ) 界面滑移量的测试方案 界 面滑移量指的是钢管 内壁与核心混凝土之 间在加 载 时的相对滑移。但是 由于钢管 内部无法布置位移采集仪器 ， 故本实验在钢管侧壁开槽 放置可随混凝土 自由滑移的钢筋 棒 ， 钢筋棒伸 出钢管外壁 ， 以便位移计的架设 。 因为混凝土与 钢筋棒的滑移量相同故而测出钢筋棒与钢管壁的滑移量 ， 也就是内部混凝土与钢管壁的相对 滑移量。 为了考虑试件加 载端和 自由端滑移量的差异 ， 本实验在加载段 ， 试件中部 ， 自 由端各左右布设 2个位移计。 取试验均值。如图 1 所示。 图 1 加载示意 图 收稿日 1 2 0 1 3 0 5 - 0 2 【 作者简介】 严 超 ， ( 1 9 8 8 一 ) ， 南 京 工 业 大 学 土 木 学 院 ， 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 ： 钢 - 混 凝 土 组 合 结 构 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 8 江苏建筑 2 0 1 3年第 4期 ( 总第 1 5 6期 ) ( 2 )粘结应力的测量方案 根据粘 结应 力和钢管应力微分成正 比的关 系 通 过在 钢管外壁上布设 电阻应变 片 以达 到测量钢管壁上纵 向粘 结应力的大小和分布规律 1 2 加载方案 采用 5 0 0 0 k N长柱试验机加载 采用图 2的加载 装置 进行推 出试验 。 加载端的混凝土上放置 1 块 厚钢垫块 ， 边长 1 5 0 mm， 略小于钢管边长 ， 以便推 出试验进行 。实验前 ， 在 钢垫块表面平铺 1 层细砂 以保证 试件在推 出过程中上表 面受力均匀 。 加载采用先加载控制后位移控制的形式 试验 加 载时预先加载 1 k N 一 2 k N 使试件与压力 机压紧 ， 然后卸 载 。 再采用慢速连续 加载， 开始记录数据。初 始时 以荷载控 制 使荷载以 1 0 0 N s的速度缓慢增加 。当混凝 土滑移量达 到 2 m i ll 时 ， 采 用位移控制加 载 。 加 载速度为 0 0 5 m m s ， 当 混凝 土滑移 量达到 8 mm时 加 载速度增大至 0 2 mm s ， 当 混凝土滑移量达到 2 0 mm时 停止试验。 2试验结果与分析 2 1试 验过 程描述 表 1 试件基本特征 加载初期 ， 约 1 5 k N开始 ， 可以听到细微 的沙沙声 ， 随着 加载量增大 ， 响声逐渐增 大 滑移量 大约达到 1 m m 1 5 m m 时 突然听到一声清脆明显的响声 并伴 有混凝土碎屑掉 落 ， 说 明钢管和混凝 土出现初始 的明显滑移 。加载前期 。 加 载端滑移较为明显 。 自由端滑移量较小 压力机读取显示推 出力基本呈线性快速增长 说 明试件 尚位 于弹性 阶段 。 在发 生清脆响声时 若干根试件推力 出现突变 。继续加 载 可 以 听到持续 的摩擦声 。 加载端位移量持续增长 ， 自由端位移量 逐步与加载端接近 。压力机数据显示 ， 推力变化 出现拐点 逐步趋于平稳阶段 。 而相对滑移量持续增大 说明钢管和混 凝 土界 面的粘结发生 了破坏 试验结束后钢管表 面无 明显 变化 加载端与 自由端均无明显变形 。 加载端混凝土角部 略 有压碎 。 2 2 试验特征参数 通过位移计与压力机数据采集 获得方钢管 与再 生混 凝 土界 面粘结滑移 的特征参数 ， 如表 1 3 再生钢管 混凝土 的粘结滑移本构关 系 J e r o me F H a i j j a r t 3 1 建议采用 双折 线模型 取 极限粘结 强 度为 0 6 MP a 。 初始 粘结强度 ( 极限粘 结强 度与其 对应 的滑 移的 比值 ) k 。 取 1 0 4 N m m3 ，当粘 结应力达 到粘 结强度后 。 粘 结刚度取为 O 本实验参 考 C E B F I 规范和韩林 海提 出的建议模 型嘲 结合试 验数据分析 选取 双折线模型 为基 础 但仿 照 C E B F I P规范 讲双折 线模 型 中直 线上升 段修 改为曲线上升段 具体模 型形式如 图 3 。 粘 结 应 力 S0 滑移量S 图 3 再生钢管混凝土粘结滑移本构关 系 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 江苏建筑 2 0 1 3 年第 4期 ( 总第 1 5 6期 ) 图 4 发泡陶瓷保 温板 施工过程 为了更好 的推广应用和规范发泡陶瓷保温板 江苏康斯 维信建筑节能技术有 限公司依托江苏省建筑节能技术 中心 立项编制 了 发泡 陶瓷保 温板系统应用技术规程苏 J G ， I 0 4 2 2 0 1 1 。 规程针对发泡陶瓷保温的特点提出了相应 的技术指标 和施 工方案 规程于 2 0 1 1年发布 以后 市场 呈现 了供 不应 求 的景象 发泡 陶瓷保温板在江苏全省应用到了大量 的工 程 中 与此同时 ， 江苏康斯维信建筑节能技术有限公司并没 有满足现状 根据工程应用中出现的问题及需求 ， 研发 出了 更具有 实用性 保温隔热性 能更 好的三代发泡 陶瓷保温板 目前已立项进行标准 的修编工作 。 5 社会效益 高耐久性发泡陶瓷保温板生产原料主要是精细陶瓷 陶 土 的尾矿 采用先进的生产工艺和发泡 成型技术 无需消耗 大 量的煤炭 、 石油 。 产品生产 基本零排放 ， 完全符 合 国家各 项产业政策 有机保 温材料在 欧美国家经历 了几十年 的发展 历程 经过 1 0年的使用周期 后外墙外保 温系统面 临大量 的维护 工程 发泡陶瓷保温板与建筑同寿命 与建筑墙体有 良好的 相 容性 省去 了外墙外保温维护的大量人力和财力 ， 极 大的 节省了因为建筑 节能所需 的社会 资源 6 结语 ( 1 ) 发泡陶瓷保温板外墙保温系统由于其高耐久性 、 耐 候 、 防火 、 与建筑同寿命 等常规有机 材料保 温系统所无可 比 拟 的优点 使得它在节能工程和绿色建筑中将发挥重要 的 作用 其应用前景非常广 阔。 ( 2 ) 夏热 冬冷地 区 。 冬季利用 太阳能被 动采 暖 、 夏 季开 窗通风降温来改善住宅室内热环境 、间歇采 暖和空调等节 能方式应予 以提倡 。具有一定的热阻 、 较大的热惰性 、 良好 的隔热性能 、耐候性和高耐久性的发泡陶瓷外墙保温系统 是夏热冬冷地区外墙保温材料的 良好选择。 ( 3 )新型的三代发泡陶瓷保温板统筹了以上的优点并实 现 了更好的保温隔热效果 我们希望能把发泡陶瓷保温板推 广到全 国去 让其成为中国建筑节能模式的重要组成部分 。 ( 上接第 9 9页) 经过实 验拟合 提 出考 虑再 生混凝 土强度 膨胀剂 掺 量 再生骨料替代率 3个变量的粘 结滑移本 构关系 如式 ( 1 ) 所 示 。 r：f 0 s S o r ( 0 仉 + 0 3 ) ， 【 ) fl o J ) = l - 0 2 3 o J 其 中 。 。 6 5 ( J + 。 。 。 2 C E B F I P中取值 为 0 4 钢 管再生混凝 土结构 中钢 管表面粗糙程度不 如钢筋 ， 故取 0 5 ； s _ 极 限粘结强 度对应的相对滑移量 。综合分析实 验 数据 ， 本试验 s 0 取 为 3 8 mm。 r 一钢管与混凝土界面的平均粘结应力( MP a ) ； S 一再 生 钢 管 混 凝 土 构 件 混 凝 土 加 载 端 的 滑 移 量 ( mm) ； 一 再生 骨料 的替代率 ： 一 膨胀剂掺入 比例 将拟合本构关系与实验 曲线进行 比较 可 以看 出 除少 数试件试验 中出现下降段与拟合曲线稍有偏差 其余试件 的全过程与所提出的本构关系曲线吻合较好 4 结语 从拟合结果 可以看 出：再生粗骨料替代率对 粘结滑移 性能影响较小 。 但再生混凝土强度对 其影响不可忽视 ： 1 0 以内的膨胀剂掺量可以明显提高钢管与再生混凝土的粘结 滑移性能。 本文的拟合公式只考虑了混凝 土方面的因素 。 尚 未涉及钢管形状 故方钢管粘结滑移的理论研究还需不 断 完善 。 参考文献 【 1 1 胡夏闵 钢一混凝土组合 结构设 计 M】 北京 ： 中国建筑工 业 出 版社 2 0 0 9 【 2 】 杨有 福 ， 韩 林海 钢 管和混凝 土之 间粘 结强度 的探 讨【 C】 第十三届全 国结构工程学术会议 论文集 2 0 0 4 3 3 J e r o me F Ha j J a r ，P a u l H S c h i ll e r ， A l e k s a n d r Mo l o d a n A Di s t r i b u t e d p l a s t i c i t y mo d e l f o r c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e b e a m c o l u mn s 、 )l ，i t l l i n t e r l a y e r s a p En g i n e e r i n g s t r u c t u r e 1 9 9 8 ， 2 0 ( 8 ) 【 4 】 Co mmi t t e E u r o I n t e r n a ti o n a l Du B e t o n ( C E B ) C E B F I P M o d e l Co d e 1 9 9 0 ：De s i g n Co d e L o n d o n ：Th o ma s Te l f o r d ， 1 9 93 【 5 】韩林 海 ， 杨 有福 矩 形钢管 自密 实混凝 土的钢 管 混凝 土界面粘结性能研究 】 工业建筑， 2 0 0 6 ( 1 1 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m