圆钢管再生混凝土偏压性能退化及影响因素分析.pdf

2 0 1 5年 第 7 期 ( 总 第 3 0 9 期) N u mb e r 7 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORE | T I CAL RE S EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 1 1 圆钢管再生混凝 土偏 压性 能退化及影响 因素分析 李卫宁 ， 徐金俊 ，陈宗平。 -一 ， 谭秋虹 ( I 广西交通职业技术学院， 广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ； 2 广西大学 土木建筑工程学院， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ； 3 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要 ： 为了研究 圆钢管再生混凝土在偏心荷载作用下的性能退化规律， 以再生粗骨料取代率 、 长细 比和偏心距为变化参数 ， 设 计了 1 5 个试件进行静力单调加载试验 ， 在此基础上分析了其变形延性、 耗 能能力和刚度退化的演化过程 。 研究结果表 明： 圆钢 管再生混凝土试件的耗能能力随再生粗骨料取代率的增加而提高， 再生混凝 土试件的延性 比普通混凝土试件的大 ； 长细比在 3 1 3至3 8 2 6时， 试件的耗能能力增长较快 ， 而长细比过大则降低其耗能能力 ； 试件的变形延性随长细比的增长而增大 ， 而其弹 性刚度随长细比的增大而呈线性衰减 ； 偏心受压试件的耗能能力总体上大于轴心受压试件 ， 随着偏心距的增大， 试件的延性系数 呈稳步增长的趋势 ； 所建议的刚度退化计算模型可为圆钢管再生混凝土受压构件 的工程设计提供必要的参考。 关键词 ： 圆钢管再生混凝土； 偏压； 取代率 ； 耗能； 延性； 刚度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 4 4 0 5 P a r a me t e r a n a l y s i s a n d p e or ma n c e d e g r a d a t i o n o n r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c ret e f i l le d c i r c u la r s t e e l t u b e under e cc en t r i c c ompr e ss i on L I We i n i n g ， XUJ i n j u n ， C HE N Zo n g p i n g ， T A N Q i u h o n g ( 1 Gu a n g x i T r a f fi c Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3， C h i n a ； 2 Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e Gu a n g x i u n i v e r s i t y， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4， Ch i n a；3 Ke y La b o r a t o r y o f Di s a s t e r P r e v e nt i o n a n d S t r u c t u r a l S a f e t y o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n， Gu a n g x i Un i v e r s i t y ， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4， C h i n a ) Abs t r a ct ： I n o r d e r t o s t u d y t he p e r f o r ma n c e d e g r a d a tio n 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 fil l e d c i r c u l a r s t e e l t u b e u n de r e c c e n t r i c c o m p r e s s i o n l o a di n g， 1 5 s p e c i m e ns wi th d i f f e r e n t r e p l a c e m e n t r a tio o f r e c y c l e d c o ar s e a gg r e g a t e， s l e n d e r n e s s r a t i o a n d e c c e n t r i c i t y we r e t e s t e d u n d e r the mo n o t o n i c s t a ti c l o a d i n g On thi s b a s i s ， the e v o l u ti o n a r y p r o c e s s o f d u c t i l i t y ， e n e r g y d i s s i p a ti o n a n d r i g i d i ty d e g e n e r a t i o n we r e a n a l y z e d Th e r es u l t s s h o w tha t the e ne r g y dis s i pa ti on o f r e c yc l e d a ggre g a t e c o n c r e t e fil l e d c i r c u l ar s t e e l tub e s p e c i me ns c a n b e e n h a n c e d wi t h the i n c r e a s i n g 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 r e p l a c e me n t r a ti o ， an d the d u c ti l i ty o f r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e s p e c i me n s i s l a r ge r tha n t h a t o f n o r ma l c o n c r e t e s p e c i me n s Wh e n the s l e n d e r ne s s r a tio i s b e t we e n 31 3 a n d 3 8 2 6， t he e n e r g y d i s s i pa tio n o f s pe c i me n s i s e n l a r g e d f a s t e r wh i l e i t c a n b e d e c r e a s e d wh e n t he s l e n d e rne s s r a ti o i s t o o l arg e An i n c r e a s e o f s l e n d e rne s s r a t i o l e a d t 0 a n i nc r e a s e o f t h e d e f o r ma t i o n d u c t i l i t y b u t a de c r e a s e o f e l a s ti c s ti f f n e s s Th e t o t a l e n e r g y d i s s i p a t i o n o f s p e c i me n s u n d e r e c c e n t r i c c o mp r e s s i o n i s l a r - g e r tha t tha t o f s p e c i me ns u n d e r a x i a l c o mp r e s s i o n Wi m the i n c r e a s e o f e c c e n t r i c d i s t anc e t he d uc t il i t y f a c t o r o f s p ec i me ns c a n b e i n c r e a s e d s t e a d y T h e mo d e l o f ri g i dity d e g e n e r a t i o n C an b e s e r v e d a s a c o n f e r e n c e i n e n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o n f o r d e s i g n the 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 fil l e d c i r c u l ar s t e e l tub e me mb e r s K e 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 c i r c u l ar s t e e l tub e ； e c c e n t r i c c o mp r e s s i o n； r e p l a c e me n t r a t i o； e n e r g y d i s s i p a t i o n； d u c ti l i t y ； s t i f f n e s s 0 引 言 再生混凝土是指将废弃混凝土块 经破碎 、 清洗 、 分级 和按一定的 比例与级配混合 、 部分或全部代替天然骨料所 制成的混凝土。 再 生混凝 土技术的应用不仅可以减轻废弃 建筑垃圾对环境的污染问题， 而且能节约部分 自然资源， 进行二次或多次利用 。 钢管混 凝土由于承载力高、 抗震 性能好 、 施工方便等优点正被越来越广泛地应用于工业 厂 房 、 高层和超高层建筑 、 桥梁及地下工程 中， 在满 足性能要 求的同时也取得了 良好的经济效益 。 将钢管和再生混凝土 有机地结合 ， 从而形成钢管再生混凝土结构 ， 可实现两种 材料的优势互补 ， 使材料得到更 为充分合理 的应用 ， 具有 重要的理论意义和工程推广价值 。 迄今为止 ， 国内外学者对钢管再生混凝 土结构已开展 了大量的研究工作 ， 如 肖建庄 、 吴波 、 吴凤英 、 陈宗 平 、 支正东 等人对构件的轴压承载性 能进行 了试验研 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 0 9 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 0 8 0 5 7， 5 1 2 6 8 0 0 4) ； 广西 自然科 学基 金项 目( 2 O 1 2 G x N s F AA 0 5 3 2 O 3， 2 O 1 3 C 。 ( N s F D A 0 1 9 O 2 5 ) ； 广西科技攻关项 目( 桂科攻 1 2 1 1 8 0 2 3 3 ) ； 广西理工科学实验中心重点项 目( L G Z X 2 0 1 1 0 2 ) 4 4 究和理论分析 ； 另有学者通过试验 和理论分析得到在再生 混凝土与钢管界 面间的黏结滑 移性能 和受剪承载性 能 。 。 等方面 的成果。 上述研 究均认 为钢管再 生混凝 土与 钢管混凝 土的最大 区别在 于其再 生与天然粗骨料 的配合 比问题， 即再生粗骨料取代率的变化是导致再生混凝土各 项性能发生改变的内在原因。 然而 ， 钢管再生混凝 土构件 的性能及其退化规律是 针对此类结构全寿命设计 的重要 组成部分 ， 是深入揭示其破坏损伤机理的关键所在。 为此 ， 本试验 以偏心荷 载作用 下的圆钢管再生混凝 土构件为研 究对象 ， 通过变换再 生粗骨料取代率 、 长细 比以及荷载偏 心距 ， 研究在上述影响因素下该类构件 的性能演化机理。 1 试验概 况及试验结果 粗骨料取代率 ( ) 、 长细 比( A) 和偏心距 ( e ) 作为试验 变 化参数 ， 其 中再生粗骨料取代率分为 0 、 5 0 、 1 0 0 三种情 况 ， 试件 长细 比有 3 1 3 0 、 3 8 2 6 、 5 2 1 7 ， 偏 心距 分 别考 虑 0 mm、 1 5 mm 和 3 0 mm。 试验所用材料为 P O 4 2 5 R级水泥 、 天然河砂 、 自来 水以及天然粗骨料和再生粗骨料 。 再生粗骨料来源于某试 验室 的废弃混凝土试件 ， 经破碎 、 筛分 、 清洗后而得 ， 天然粗 骨料和再生粗骨料的粒径范围为 5 2 0 m m， 连续级配； 所用 圆钢管外径 D为 1 1 3 5 m m， 壁厚 t 为3 0 m i l l ， 按标准方法测 得钢管的屈服强度为 3 4 5 9 MP a ， 极限强度为 4 5 5 6 tl P a 。 所 有试件的设计参数见表 1 。 1 2 加载及加载制度 试验采 用 1 0 0 0 t 液压式压力试验机进行加载 。 为捕 1 1 试件设计及试验材料 捉荷载 一 位移曲线的下降段， 采用荷载 一 位移混合控制的 设计了 1 5个圆钢管再生混凝土柱试件， 考虑了再生 加载制度， 首先以荷载控制， 分级加载， 每级加载值取预估 表 1 试件设计参数及力学性能指标 注 ： L为试 件 长度 为实测 标准 立方 体 ( 边长 为 1 5 0 mm) 抗 压强 度 。 极限荷载的1 2 0 ， 每级持荷5 m i n ； 试件接近预估极限荷载的 1 3 荷载 一位移 曲线 9 5 时则改为位移控制 ， 此时对应的位移为控制初始值 ， 控 通过试验设备采集并 获取各试 件的轴 向荷 载 ( Jv )一 制位移级差 为 1 m m， 轴压试件 以轴向位移为位移控制 指 轴 向位移 ( ) 或轴向荷载( ) 一柱中侧向挠度 ( 厂 ) 曲线 ， 如 标 ， 偏压试验则以试件中部侧向挠度为位移控制指标； 当荷载 图 1 所示 ， 研究 中约定 两类 曲线 可统 称为荷 载 一位移 曲 开始下降时， 加载速率减慢 ， 直至试件的荷载急剧下降， 弯曲 线 。 由图 1 可见 ， 在加载初期 ， 同一偏心距下的试件曲线具 变形迅速增长或在荷载下降至极限荷载 7 0 o 6 时， 结束试验 。 有微小 的重合 过程 ， 此后各 曲线逐 渐分离 ； 试件的 曲线形 1 2 0 0 l 000 800 Z 600 400 2 0 0 0 70 0 60 0 5 0 0 Z 4 0 0 300 2 0 0 1 00 6O O 5 0 0 400 Z 300 2 0 0 l 0 O 5 1 0 1 5 2 0 25 3 0 0 5 1 0 1 5 20 25 3O 35 40 45 n ram flmm 一 ( a ) 轴心受 压试 件 ( b ) 偏心 受压试 件( e = 1 5 mm) 态饱满 ， 过峰值荷载后的下降段较为平缓 ， 位移延性 良好。 在关系 ， 具有全局变量的意义 。 轴 向荷载作用下 ， 钢管再生 2 偏压性能指标及影响因素分析 混凝土柱的耗能因子可定义 下： 2 1 再生粗骨料取代率的影响 叼 O A C A ( 1 ) 2 1 1 耗能能力 式 中： 卵耗能因子 ； 耗能能力反映了柱构 件本 身吸能和耗能相 互间 的内 S O A C A u 轴 向荷载 一 位 移 曲线 与水平轴 及过终 止 4 5 A ，A ( a ) e = 0 mm 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 A ，A b ) P =1 5 mm 简化 刚度退 化模型 3 结 论 ( 1 ) 随再生粗骨料取代率 的增加 ， 圆钢管再生混凝土 试件 的耗能能力具有稳步提高的趋势， 取代率 由 0增加到 5 0 以及 由 5 0 增加到 1 0 0 ， 其耗能能力分别提高了 5 4 8 、 9 0 9 ； 再生混凝土试件 的总体变形延性 比普通混 凝土试件的大 ； 轴心受压试件的弹性刚度 随取代率的增加 呈稳步上升的趋势 ， 而偏心受压试件则相反。 ( 2 ) 长细 比在 3 1 3 至 3 8 2 6时 ， 圆钢管再生混凝土试 件的耗能能力增长较快 ， 而长细 比过大后 ， 耗能能力有所 降低但降幅不大 ； 试件的延性系数均值随长细 比的增长大 致表现为增大 的之势 ； 在 同一取代率下 ， 不 同偏心距试 件 的均值弹性 刚度随长细 比的增大而大致呈线性衰减。 ( 3 ) 偏心受压试件的耗能能力总体上略大于轴心受压 试件的耗能能力 ； 随着偏心距 的增大 ， 试件 的延性 系数呈 稳步增长的趋势 ， 且偏心距越大 ， 提高幅度越显著 ； 试件的 弹性刚度随偏心距的增加呈先增 大后减小之势。 ( 4 ) 所建议的刚度退化计算模型可为 圆钢管再生混凝 土受压构件的工程设计提供必要 的参考。 参考文献： 1 陈宗平， 徐金俊， 郑华海， 等 再生混凝土基本力学性能试验及应 力应变本构关系研究 J 建筑材料学报， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 6 3 4 上接第 3 9页 1 3 朱伯芳 大体积混凝土温度应力及温度控制 M 北京： 中国电 力出版社， 1 9 9 9 1 4 3 王建 ， 刘爱龙 A B A Q U S 在大体积混凝土徐变温度应力计算中 的应用I- J 河海大学学报， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 4 ) ： 5 3 2 5 3 7 1 5 3 王强 ， 孙威 ， 葛超 ， 等 超厚筏板基础大体积混凝土施工水化热 的数值分析 c 第 2 2 届全国结构工程学术会议论文集第 册 。 2 0 1 3： 1 3 41 3 8 上接第 4 3页 5 鞠丽艳 ， 张雄 混杂纤维对高性能混凝土高温性能的影响 J 同济大学学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 ) ： 8 9 9 2 6 程龙 混杂纤维混凝土高温后力学性能试验研究 D 武汉 ： 武 汉理工大学 ， 2 0 0 7 7 3 刘春登 浅谈影响玻璃纤维混凝土性能的因素及其工程应用r J 中国水能及电气化 ， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 2 2 2 4 8 李晗 高温后混杂纤维混凝土抗压强度 J 混凝土， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 9 3 95 9 董衍伟 混杂纤维混凝土高温和碳化性能试验研究 D 厦门： 华侨大学 ， 2 0 0 9 1 o 高超0 昆凝土及纤维混凝土高温后力学性能试验研究 D 扬 48 l_ 2 O 8 。 一 4 O 0 一O 4 0 0 5 1 0 1 5 20 2 5 3 0 3 5 ( c ) e = 3 0 mm 2 肖建庄， 杨洁， 黄一杰， 等 钢管约束再生混凝土轴压试验研究r J 1 建筑结构学报， 2 0 1 l ， 3 2 ( 6 ) ： 9 2 9 8 3 吴波， 刘伟， 刘琼祥， 等 钢管再生混合短柱的轴压性能试验 J 土 木工程学报， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 2 ) ： 3 2 3 8 1- 4 吴凤英， 杨有福 钢管再生混凝土轴压短柱力学性能初探 J 福州大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 增刊) ： 3 0 5 3 0 8 ， 3 1 5 5 陈宗平， 张士前， 王妮， 等 钢管再生混凝土轴压短柱受力性能 的试验与理论分析 J 工程力学 ， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 0 7 1 1 4 r 6 支正东， 张大长， 徐恩祥， 等 钢管再生混凝土短柱轴压性能试 验研究 J 工业建筑， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 1 2 ) ： 9 1 9 5 7 徐金俊， 陈宗平， 薛建阳， 等 圆钢管再生混凝土界面黏结失效 的推出试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 3 ， 3 4 ( 7 ) ： 1 4 8 1 5 7 8 陈宗平， 徐金俊， 薛建阳， 等 钢管再生混凝土黏结滑移推出试 验与黏结强度计算 J 土木工程学报， 2 0 1 3 ， 4 6 ( 3 ) ： 4 9 5 8 1- 9 陈宗平， 徐金俊， 李卫宁 ， 等 再生粗骨料含量对钢管再 生混凝 土黏结强度及失效性态的影响研究 J 工程力 学， 2 0 1 4 ， 3 1 ( 6 ) ： 7 0 7 8 1 0 吴波， 许酯， 刘琼祥 ， 等 薄壁钢管再生混合柱的抗剪性能试验 J 土木工程学报， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 9 ) ： 1 2 2 1 第一作者 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 通讯作者 ： 联 系 电话 ： 李卫亍( 1 9 7 4 一) ， 女， 硕士， 副教授。 广西南宁市大学路 1 0 0 号( 5 3 0 0 0 4 ) 1 5 2 8 9 6 9 3 2 81 陈宗平( 1 9 7 5 一) ， 男， 工学博士， 教授 ， 博导。 1 3 8 7 8 8 0 6 0 4 8 第一作者 联 系地 址 联 系电话 王强( 1 9 7 1一 ) ， 男 ， 副教授， 博士 ， 主要从事复杂工程 结构数值分析研究。 沈阳市浑南新区浑南东路 9号 沈阳建筑大学土木工程 学院( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3 88 91 2 73 6 9 州 ： 扬州大学， 2 0 1 3 第一作者： 洪亚强( 1 9 9 0一) ， 男， 硕士研究生 ， 主要研究方向 ： 高 温后纤维混凝土力学性能。 联系地址 联系电话 ： 通 讯作 者 ： 联系电话 扬州大学扬子津西校区建工学院 2号楼 2 0 6室 ( 2 2 5 0 0 9 ) 1 4 7 5 2 7 21 0 08 杨鼎宜( 1 9 6 5一) ， 女 ， 教授， 博士生导师， 主要研究方 向： 无机非金属材料。 1 3 9 5 2 78 】 6 1 6 7 图 O 2 8 4 O 4 l O 0 O O 一