预制竹筋多孔混凝土板的变形特性分析.pdf

2 0 1 4 年 第 9 期 (总 第 2 9 9 期 ) N u mb e r 9i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRETE PRODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 9 0 2 7 预制竹筋多孔混凝土板的变形特性分析 杨永民 2 ,3 。赵洪 1 I3 ，陈泽鹏 1 I3 。张君禄 ( 1 广东省水利水电科学研究院 ，广东 广州 5 1 0 6 3 5 ； 2 广东省水利重点科研基地，广东 广州 5 1 0 6 3 5 ； 3 华南理工大学，广东 广州 5 1 0 6 1 0 ) 摘要： 采用加分配梁的四分| 集中力加载方式研究加人不同配筋率的竹筋多孔混凝土的变形特陛。 试验表明竹筋能显著改善预制 板的抗弯性能 ， 随着竹筋配筋率的增加， 预制板的跨中挠度会逐渐减少。 通过荷载一 挠度曲线 ， 发现未开裂前的竹筋预制板呈线性 弹性状态 ， 且开裂后还能承受一定的荷载。 竹筋对多孔混凝土有很好的增强增韧作用， 预制竹筋多孔混凝土板可 以更好 、 更稳定的在 边坡防护中进行工程应用。 关键词 ： 多孔混凝土 ；竹筋 ；变形特性 ；挠度 中图分类号： T U 5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 1 0 6 0 4 An a l y s i s o f t h e d e f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p r e f a b r i c a t e d b a m b o o r e i n f o r c e d p o r ou s c o n c r e t e s l a b YANG Yo n gmi n ， 一， ZHAO Ho n g ， CHEN Ze pe n g ， ZHANGJ u n l u ， ( 1 Gu a n g d o n gRe s e a r c hI n s t i t u t e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n dHy d r o p o we r ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ， C h i n a ； 2 Gu a n g d o n g P r o v i n c i k e y S c i e n t i fi cR e s e a r c hBa s e ， Gu a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ， C h i n a ； 3 S o u t hCh i n a Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y， G u a n g z h o u 5 1 0 6 1 0 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： I t s t u di e d the d e f o r ma t i o n c h a r a c t e r i s t i c s of the Pr e f a bric a t e d ba mb o o r e i n f o r c e d po r o u s c o n c r e t e s l a b t h r o u g h po i nts wi th f o ur p o i nts f o c u s e d b e a m l o a d i n g me tho d Th e r e s u l t s s h o w t h a t fl e x ura l b e h a v i o r o f p r e c a s t s l a b c a t l b e i mp r o v e d b y a d d i n g b a mb o o r e i n - f o r c e me n t A l o n g w i t h th e i n c r e a s e o f b a m b o o r e i n f o r c e me n t r a t i o d e fl e c t i o n o f p r e c a s t b o ard wi l l g r a d u a l l y r e d u c e T h r o u gh t h e l o a d i n g d e fle c t i o n c u r v e ， we c a n d i s c o v e r t ha t t he ba mb o o r e i nf o r c e d p r e c a s t s l a b wi t h t he l ine a r e l a s t i c s t a t e ，a n d t h e s l a b c a n wi t h s t a n d a c e r t a i n l o a d a f t e r c r a c k i n g Ba mb o o r e i n f o r c e d wi th s t r e n g t h e n i n g a n d t o u g h e n ing e ff e c t f o r p o r o u s c o n c r e t e ， p r e f a b r i c a t e d b a mb o o r e i n f o r c e d p o r o us c o nc r e t e p l a t e c a n be us e d be t t e r i n s l o p e pr o t e c tio n e n g i n e e r i n g Ke y w o r d s ： p o r o u s c o n c r e t e ； b a mb o o r e i n f o r c e d ； d e f o r ma t i o n c h a r a c t e ris t i c s ； d e fl e c ti o n 0 引言 多孔混凝 土在工程 中应用存在一 系列 的问题 1 _ 2 】 。 目 前 国内对生态混凝 土的工程应用构件形式基本上都是采 用外框加固的模式， 尺寸跨度不会很大。 钢筋混凝土在工 程 中的使用 ， 可谓是建筑材料史上的一大创举 ， 是材料复 合提高性能的典型， 借鉴其复合思路， 采用复合加筋的形 式来对多孑 L 混凝土增强增韧， 达到改善材料性能的目的。 若 采用钢材对多孑 L 混凝土进行增强增韧 ， 则多孔结构会对钢 筋造成的腐蚀， 若选用聚合物纤维或者高分子材料对多孔 混凝土进行增强增韧 ， 则对于工程应用会增加相应 的原料 成本和原料来源 的复杂性 ， 不便 于实际工程应用。 为此 ， 鉴 于竹筋的强度虽比钢筋要低 ， 但竹材是低能耗 的建筑材料 ， 在我国的大部分地区分布都十分丰富， 且是一种可再生的 林业资源， 较高的强重比和较高的抗拉强度以及易加工处 理等优势使得它具备很大的工程应用潜质 。 本试验通过增加合适的复合材料，以期能对多孔混凝 收稿 日期：2 0 1 4 - 0 3 1 8 1 06 土实现大尺寸构件的预制， 并保证其力学性能的稳定性和 工程应用 的经济性 ， 达到一个快速 、 高效 、 经济的边坡防护 施工的效果。 1 试 验 方 法 预制板抗弯性能测试采用加分配梁的四分点集中力 加载方式3 ， 两集中力之间的间距 5 0 0 mm， 正向加载， 跨度 1 0 0 0 m m， 其中板支座留出 1 0 0 l n i n ， 在板面的 1 3 跨位置 布置 2 个刚性垫块 ， 长度为 5 0 0 m m。 通过分配梁对试块进 行载荷的施加， 具体的方案示意图见图 1 。 预制板底面在测 试前 3 d 采用合适的水灰比对测点进行抹面处理， 面积大 约为 5 0 m mx 5 0 ra i n的正方形 ， 防止测试过程中随着挠度增 加而百分表插入到多孔混凝土预制板 的空隙 中， 以此来减 少各种人为的误差。 加载前安装百分表并进行固定， 百分 表规格为量程 5 0 mm， 精度 0 0 1 m m， 具体的测点布置如 图 2 。 本试验的预制板采用压力机对其进行连续加载 ， 加载 速度保持 5 0 1 0 0 N s ， 每隔 2 k N记录一次百分表数值 ， 直 到试件断裂破坏 。 图 1 竹筋多孔混凝土预制板抗弯性能试验示意图( 单位： mm) 一千 一一 中 一一 1 ， 一伞 图 2 预制板抗弯试验测点布置( 单位： mm) 2 预 制板 抗 弯性 能研 究 2 i 预制板 的制备 本试验共设计 5 块竹筋 多孔混凝土预制板 ， 截面尺寸 分别 为 5 0 0 mmx l 0 0 m m， 板长 为 1 2 0 0 l n r n 。 受力竹筋 与 分布竹筋均采用 宽为 1 5 mm、 厚度 6 mm 的竹片 ， 配 筋率 的变化范 围为 I 8 0 、 1 6 2 、 1 4 4 、 1 2 6 ， 分布竹筋 采 用 1 5 x 2 0 0 ， 具体的试验构件参数和示意图见表 1 和图 3 。 表 1 受弯构件配制参数表 BI B3 图3 竹筋多孔混凝土预制板构件配筋示意图( 单位： mm) 2 2 预 制板挠度 分析 2 2 1 竹筋对预制板挠度 的影响 图 4为不加竹筋的多孔混凝土预制板 B O和配筋率 为 1 8 0 的竹筋多孑 L 混凝土预制板 B 1 在试验 过程 中的不 同测点挠度变化情况， 从图可以看出， 高弹性模量的竹筋 加入 ， 能够改善预制板的挠度变化速度， 没有竹筋的预制 板挠度增加速度明显快于有竹筋的预制板， 而且， 竹筋的 加入使得整个预制板 的挠度变小 ， 刚度增加 。 2 2 2 配筋率对预制板挠度的影响 图 5为不同配筋率下 ， 各预制板的跨 中挠度变化情 况 ， 从图可 以看出 ， 在其破坏荷载之前 ， 预制板均表现出随 着竹筋 配筋率 的增 加 ， 其 跨 中挠度 会逐 渐减 少 。 图 6为 董 O 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 距离 I mm ( a ) 不加竹筋 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 距 离 I mm ( b ) 配筋率1 8 0 图 4预制板挠度变化曲线 配筋 率 ， 图 5 不同配筋率下预制板的跨中挠度变化情况 嘏 0 250 50 0 750 1 000 距离 I mm 图 6 不同配筋率的预制板极限荷载下的挠度变化 1 07 2 O 8 6 4 2 O 1 1 O 0 O O g要 2 O 8 6 4 2 O 2 2；l 1 挺 邑目要 龆 不 同配筋 率 的预制板在极 限荷载下 的挠 度变化情 况 ， 从 图可以看 出， 预制 板的整体挠度均 随着配筋率 的增加而 降低 。 2 2 3 预制板荷载一 挠度 曲线 图 7 到图 1 1 为不同配筋率预制板 的荷载一 挠度 曲线 ， 从这些 图可 以看 出 ： ( 1 ) 在预制板破坏之前 ， 不管是否有竹 筋 的加入 ， 其挠度值 随着荷载值 的增 长均呈线性增 长 的 关 系 ； ( 2 ) 加入竹筋后 ， 多孔混凝 土预制板变为柔性材料 ， 抗弯性能 明显得到改善 ， 具体表现在 出现断裂后仍可以承 受一部分的外力作用以及极限荷载增加； ( 3 )竹筋具有高 弹性模量 ， 它 的加入能改善预制板的挠度变化 速度 ， 没有 竹 筋 的预制板挠度 增加速度 明显快 于有竹筋 的预制板 ， 而且在一定 范围内 ， 随着竹筋 的配筋率增加 ， 其挠度变化 越缓慢， 挠度值越小； ( 4 ) 对于不含竹筋的预制板来讲 ， 一 旦开 裂 ， 其 刚度会 迅速 直线下 降 ， 表现 出没有 征兆 的断 裂破坏 ， 加入竹筋后 ， 开裂后的预制板会将部分应力转移 到竹筋表面 ， 不会迅速的断裂 ， 由于竹筋还没有达到其屈 服强度 ， 仍然由竹筋承担部分应变支撑整个预制板 ， 之后 整个多孔混凝土板遭到破坏 ， 但是在开裂后的预制板破坏 过程是非线性 的； ( 5 ) 在未开裂前的预制板 ， 其挠度与荷 载 呈 现较好 的线性关 系 ， 可 以认 为整个 预制板 以线性弹性 状态在工作 ， 根据 已有的线性弹性理论来计算其挠度具有 1 08 至 瓣 蝗 跨中挠度 ra m 图 7 预制板 B 0的荷载一 挠度 曲线 跨 中挠 度 ram 图 8 预制板 B 1的荷载一 挠度曲线 跨中挠度 ra m 图 9 预制板 B 2的荷载一 挠度 曲线 至 避 跨中挠度 ra m 图 1 O 预制板 B 3的荷载一 挠度曲线 跨 中挠 厦 ram 图 1 1 预制板 B 4的荷载一 挠度 曲线 可行性 ， 而对于开裂后 的预制板 ， 挠度明显增大 ， 弹性理论 不再适用。 2 3 预 制板极 限承 载力和 弯矩 整个预制板的极限承载力如表 2 所示 ， 竹筋的加入 ， 对 预制板的极 限承载力增加幅度在 1 6 3 6 之间。 在考虑 自 重荷载 ( 1 0 7 k N m) 的情况下 ， 对预制板 的外力 作用效用 进行计算 ( 参照图 l 2 ) ， 设 c 为计算截面至左侧 支座的距离 ， 令 a = c l 。 则预制板的弯矩计算式为 ： 表 2 预制板极限荷载结果 预制板序号 竹筋配筋率 加载方式 破坏极限荷载 ( k N m 2 ) 响线 图 1 2弯矩计 算简 图 1 M a = 0 ( 1 - a ) l 。 g ( 1 ) 二 式 中 ： g _ _ 包 括 预 制 板 自重 在 内 的 总 荷 载 ， I ( N m； = 1 0 m； l a = 1 0 m 2 。 选取 预制板 B 0和 B l 作计算 ， 其 他板 依次类计算 ， 具体计算结果见表 3和表 4 。 图 1 3 为预制板挠度与弯矩关系图， 从图可以看出， 预 制板的弯矩和挠度关系变化过程可分为两个阶段。 在弯矩 比较小 ， 整个预制板还在处于未带裂缝工作 的状态时 ， 挠 表 3 B 0预制板弯矩计算结果 冒 至 静 导 增 1 4 U U 4 U I 2 l 6 Z U 2 4 2 跨中挠度 h n m 图 1 3 预制板跨中弯矩和跨中挠度的关系 度和弯矩以接近直线的关系在变化 ， 这个过程 中， 随着竹 筋配筋率的增加 ， 直线的斜率越大 ， 表示随着竹筋配筋率 的增 加 ， 弯矩对整个预制板 的力作用效果在逐渐减弱 ， 这 是第一个阶段； 第二阶段是预制板遭到破坏， 下部开裂成 为 自由区， 整个预制板试件由其内部高韧性的竹筋网支 撑 ， 由于竹筋具 有 高弹性模 量 ， 整个 竹筋受 力后 挠度 会 继续 增大 ， 但是不至于达到竹筋破坏 的抗拉强度 ， 而是将 受拉 区的多孔混凝土破坏 ， 至此 ， 也就标志着整个预制板 破坏 。 3结 论 ( 1 ) 竹筋对多孔混凝土的抗折和抗压强度均有提升， 其 中抗压增 幅 1 2 ， 抗折增幅达到 3 2 。 ( 2 ) 竹筋 的加入能显著改善预制板 的抗弯性能 ， 随着 竹筋配筋率 的增加 ， 预制板 的跨 中挠度会逐渐减少 ， 刚度 增 加 ， 整个预制板 的挠度也有相同的规律 ， 而且挠度 的变 化速率也会 随着配筋率的增加而减慢 。 ( 3 ) 竹筋对多孔混凝土预制板有很好的增强增韧效果 ， 挠度降低幅度为 4 2 ， 极限抗弯荷载增加幅度为 3 6 ， 抗裂 性 能也得 到提升 ， 预制竹筋 多孑 L 混凝土板可 以更好 、 更稳 定 的在边坡防护中进行工程应用 。 参考文献 1 王桂玲， 王龙志， 张海霞， 等植生混凝土的含义、 技术指标及研 究重点 J J 混凝土 ， 2 o 1 3 ( 1 ) 【 2 杨静， 蒋国梁 透水性混凝土路面材料强度的研究 混凝土， 2 o o o ( 1 o ) 【 3 G B 5 0 1 5 2 -2 0 1 2 ， 混凝土结构试验方法标准 S 】 京 ： 中国建筑 工业出版社， 2 0 1 2 作者简介 ： 联系地址 联系电话 杨永 民( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 博士研究生 ， 高级工程 师 ， 从事 水工建筑材料试验研究工作。 广东 省厂州 市天河 天寿 路 1 1 6号 广 东水 利大 厦 B 1 1 0 2 ( 5 7 0 6 3 5 ) 1 8 8 0 2 0 0 91 1 9 藿 互 I 强 两 部门 推 广应用 高性 能混 凝土 “ 十 三 五， 末得 到普 遍应 用 推广应用高性能混凝土对提高工 程质量 、 推进混凝土行业结构调整具有重大意义 ， 住房城乡建设部 、 工业和信息化 部近日联合下发通知， 要求充分认识推广应用高性能混凝土的重要性， 加快推广应用高性能混凝土。 通知 指 出 ， 推 广应用高性 能混凝 土应为 “ 政 府引导 ， 市场推动 ； 全 面推进 ， 突 出重点 ； 因地制宜 ， 分 类指导 ； 试 点示 范 ， 标准 先行 ” 为基 本原 则 ， 通过完 善高性 能混 凝土 推广应 用政 策和相 关标 准 ， 建立高性 能混 凝土 推广应 用工 作机 制 ， 优化混凝 土产品结构 ， 到“ 十三五 ” 末 ， 高性能混凝土得 到普遍 应用 。 “ 十 三五” 末 ， C 3 5 及 以上强度等级 的混凝 土 占 预拌混 凝土 总量 5 0 以上 。 在超 高层建筑 和大跨 度结构 以及预制 混凝 土构件 、 预应力 混凝土 、 钢管混凝 土 中推 广应 用 C 6 0及以上强度等级的混凝土。 在基础底板等采用大体积混凝土的部位中， 推广大掺量掺合料混凝土， 提高资源 综合 利用水平 。 通知还明确了加快推广应用高性能混凝土的工作任务和保障措施。 通知指出， 在住房城乡建设领域开展的优秀建 筑设计 、 绿色建筑评定、 设计和工程招投标等活动中， 将采用高性能混凝土的情况作为参评、 获奖或招投标优先条件之 一 ，鼓励建设单位 、 设计单位等科学采用高性能混凝土。 修订完善资源综合利用的财税优惠政策， 鼓励生产高标号水泥、 高性能混凝土。 同时强调， 各级住房城乡建设部门、 工业和信息化主管部门要加强对高性能混凝土推广应用的领导 ， 并 结合本地实际， 制定和完善相关措施 ， 建立健全组织保障和考核机制， 确保各项任务落到实处。 ( 中国建设报 ) 】 09