FRP约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究.pdf

约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究:/约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究许森杰 李奔奔 李鹏举 詹 瑒(南京工业大学 土木工程学院 南京 南京工程学院 建筑工程学院 南京)摘要:本文建立了 个复材()约束再生骨料混凝土()圆柱的试验数据库通过该数据库对比研究了三个代表性计算模型(模型、模型及 模型)对 约束再生骨料混凝土抗压强度和极限应变的预测精度 研究表明三个计算模型对抗压强度的预测精度均高于对极限应变的预测精度 其中:模型对抗压强度的预测具有最好的精度平均绝对误差 仅为 预测值与试验值比值的平均值 为 模型对抗压强度的预测值要小于试验值()且与试验值相比误差较大()而 模型对抗压强度的预测精度介于 模型和 模型之间(、)三个计算模型在预测极限应变时 模型的精度最高()模型总体上低估了复材约束 的极限应变()而 模型对极限应变的预测值要高于试验值()从总体上看在三个计算模型中 模型在预测抗压强度和极限应变时都具有最好的精度故推荐采用 模型来预测 约束再生骨料混凝土极限状态关键词:约束 再生骨料混凝土 抗压强度 极限应变 预测精度 复合材料中图分类号:文献标识码:文章编号:()():()()().()().().()().()().:收稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年基金项目()江苏省自然科学基金青年基金项目()作者简介:许森杰()男 硕士 主要从事复合材料方面的研究通讯作者:李奔奔()女 博士 讲师 主要从事复合材料方面的研究 年 月复合材料科学与工程 引 言近些年建筑业快速发展既有建筑拆除和再建产生的建筑垃圾越来越多截止到 年建筑垃圾的数量已经增加到 亿吨 这些建筑垃圾的主要成分是废弃混凝土 对废弃混凝土往往采取填埋的方式进行处理但会占用大量农田用地加重环境污染且浪费资源 废弃混凝土的再利用是目前建筑业发展面临的重要问题废弃混凝土在经过破碎、清洗和分级等各道工序处理后可形成再生混凝土骨料()再生混凝土()就是运用再生骨料按照一定比例与级配混合部分或全部代替天然骨料得到的新混凝土 的应用不仅能够减少建筑垃圾还能够节约自然资源 实现建筑垃圾回收循环利用是绿色低碳建筑材料的一个发展方向 但是 孔隙率大、吸水率高、骨料表面残留有废旧砂浆的特性决定了 相比普通混凝土具有孔隙率大、密实度及强度低的缺点 纤维增强复合材料()简称复材有轻质高强、耐久性好、可设计性强等特点采用复材布或者复材管来约束核心 能够解决 构件中强度低的问题 现有复材约束 轴压试验结果表明复材约束 与复材约束普通混凝土的约束机理是相同的混凝土内部的微裂缝发展在复材提供的侧向约束作用下受到限制因此对比未约束 复材约束 的力学性能有显著提升 复材约束 的抗压强度计算方法可参照既有复材约束普通混凝土的抗压强度计算方法 目前该类计算模型有 多个但是其对于复材约束 适用性尚需验证 本文基于试验数据库对预测复材约束 抗压强度和极限应变的 计算模型、计算模型和 计算模型的预测精度进行了评价 抗压强度计算方法 计算模型 等按照严格确定的标准对 篇论文中的 项试验测试结果进行评估挑选建立了有 个 约束混凝土圆柱实验结果的数据库提出了一种预测 约束混凝土的计算模型见式()()().().()式中:为复材约束混凝土极限强度为素混凝土轴心抗压强度和 为模型的两个参数见式()和式()为侧向约束力限值见式()为侧向约束力见式()()().().()式中:为混凝土圆柱侧向约束刚度见式()为应力应变曲线转折点的应变见式()为复材弹性模量为复材厚度 为圆柱直径为素混凝土极限应变.为复材环向断裂应变 计算模型 等对 多根混凝土短柱进行了轴压试验考虑素混凝土强度、复合材料类型和厚度等不同设计参数的影响提出了一种用于抗压强度计算的模型见式().().()式中:与混凝土侧向约束刚度和混凝土抗压强度有关见式()为混凝土圆柱侧向约束刚度见式()计算模型 等对现有 约束柱的模型进行了大量的试验研究提出了一种适用于 约束圆形、方形和矩形混凝土柱抗压强度的计算模型见式()克服了现有模型预测结果不连续的问题.()极限应变计算方法 计算模型 等将轴向应变量化为约束刚度同时考虑了环向断裂应变和素混凝土强度建立了极限应变表达式见式()年第 期 约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究.()().()式中为混凝土极限应变 计算模型 等考虑了在极限应变处的平均切线率同时将复材环向断裂应变和素混凝土极限应变作为参数提出了极限应变表达式见式().().()式中:为混凝土极限应变为约束混凝土在 处平均切线膨胀率与约束刚度和素混凝土轴心抗压强度相关见式()为复材的环向断裂应变为素混凝土极限应变 计算模型 等考虑了侧向约束力和混凝土强度等级的共同影响提出了复材约束圆形、矩形混凝土柱的极限应变表达式见式().()式中 为 混凝土抗压强度 计算模型对比本文通过收集 篇文献中复材约束 试件的试验数据建立了有 个轴压试验数据的数据库(表)利用该数据库的试验结果与所选取现有的三个代表性计算模型进行比较以检验模型对 约束再生混凝土圆柱的适用性 由上文可知三个模型均考虑了试件尺寸、复材种类及厚度等参数来预测抗压强度和应变 采用三个统计指标、和 来评价计算模型对抗压强度和应变的预测精度(表)表 复材约束 轴压试验数据库 文献试件总数/复材种类再生骨料取代率/.表 既有模型预测精度比较 模型预测/().().().().().().()()()年 月复合材料科学与工程式中:为试件的总数和 分别表示理论值和试验值从图 和表 中可以看出三个计算模型对抗压强度的预测精度均高于对极限应变的预测精度()抗压强度()极限应变图 模型计算值与试验值对比 三个模型对抗压强度预测的 平均值为 为 为 而对极限应变的预测 平均值为 为 为 对极限应变的预测表现出更大的离散性 试验数据本身的离散性会影响计算模型预测精度从表 中可以看出在试件参数和复材参数都一致的情况下一组三个试件测出抗压强度最大误差达到 而对于极限应变三个试件最大误差达到 图 不同计算模型的 值 从表 可以看出 模型对抗压强度的预测表现出最好的精度其次是 模型和 模型 模型对抗压强度预测的 值为 值只有 模型对抗压强度的预测也较为准确 值为 值和 值分别为 和 模型对抗压强度的预测值普遍低于试验值预测误差也较大 值高达 值和 值分别为 和 对于极限应变的预测 模型的预测精度也最高 模型对极限应变预测的 值为 值只有 其次是 模型 值为 值和 值分别为 和 对极限应变的预测普遍低于试验值 模型则高估了对极限应变的预测精度以及离散度均较大 值为 值为 值为 总体上在三个模型中模型对抗压强度和极限应变的预测精度都是最高的故推荐使用 模型即采用式()至式()来预测 约束再生骨料混凝土的抗压强度采用式()至式()来预测其极限应变 结 论本文建立了复材约束 圆柱轴压试验的大型数据库选取了 模型、模型及 模型三个计算模型基于此数据库对比分析了模型对 约束再生混凝土抗压强度及极限应变的预测精度得到以下结论:()三个计算模型对抗压强度的预测精度均高于对极限应变的预测精度对抗压强度预测的 平均值为 而对极限应变的预测 平均值为 ()模型对抗压强度预测具备较高的精度 为 值为 而对极限应变的预测误差最大 值达到了 值为()模型对抗压强度和极限应变的预测值都低于试验值对抗压强度和极限应变的 值分别为 和 ()模型在预测抗压强度及极限应变方面均表现出最高的准确度推荐采用 模型来预测复材约束 的抗压强度及极限应变参考文献 .:.:.年第 期 约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究 王嘉晖 方震 邓盛杰 等.再生混凝土力学性能的研究现状/全国现代结构工程学术研讨会学术委员会.第二十一届全国现代结构工程学术研讨会论文集.河北:第二十一届全国现代结构工程学术研讨会:.():.():.():.:.():.:.张曦文.约束再生玻璃骨料混凝土轴压力学性能试验研究.广州:广东工业大学.:.张文鹏.约束回收砌体骨料混凝土圆柱轴压力学性能试验研究.广州:广东工业大学.:.:.:.:.:.:.():.():.詹瑒 李奔奔 崔璟 等.双轴对称截面 轴心受压杆件整体屈曲临界力计算方法分析.复合材料科学与工程():.(上接第 页).().:.():.:.():.:.:.:.():.贾子璇 林松 贾晓龙 等.基于渐进损伤数值模拟的复合材料气瓶爆破压强优化.复合材料科学与工程():.():.余芬 刘国峰 何振鹏 等.热力耦合作用下复合材料沉头螺栓搭接结构渐进损伤研究.复合材料科学与工程():.().():.():.年 月