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型钢混凝土黏试验及强度有限元分析

发布于:2026-05-08 19:05
有限元分析

      再生混凝土(recycled coarse aggregate concrete,RAC)是将废弃混凝土经过破碎、分级、清洗,按照一定比例与级配混合形成的再生骨料,部分或者全部取代砂石等天然骨料配制而成的新拌混凝土。使用再生混凝土既能解决废旧混凝土的处理问题,又能节省天然砂石,具有明显的社会、经济和环保效益,其被认为是实现建筑资源环境可持续发展的绿色混凝土。但由于再生骨料在破碎过程中产生内部微裂缝以及外部包裹水泥基体,导致其综合性能相比同条件的普通混凝土较差。如何将再生混凝土应用于现代要求更高的建筑中,是科研工作者面临的一个重要课题。
      型钢混凝土结构(steel reinforced concrete,SRC结构)能充分发挥型钢与混凝土两种材料的优点,具有承载能力高、刚度大、抗震性能好等特点,是一种符合现代建筑要求的结构形式。由型钢和再生混凝土组成的型钢再生混凝土(SRRAC)结构既能利用SRC结构性能优越的特点,又能充分发挥RAC实现资源再生利用、节能环保的优点,因而具有良好的应用前景。作为两种不同材料组合而成的新型结构构件,型钢与再生混凝土界面之间的黏结滑移性能对型钢再生混凝土结构和构件的受力性能影响较大。研究型钢与再生混凝土界面的黏结性能,反映其受力机理,对型钢再生混凝土结构的进一步研究和工程应用具有重要的学术意义和工程应用价值。为此,本文以再生骨料取代率、型钢与再生混凝土的黏结部位、保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径为变化参数,设计22个试件,进行静力加载试验,研究其黏结失效机理,获取建立有限元分析模型所需的参数。
      试验设计了22个型钢再生混凝土试件,试件设计考虑了再生骨料取代率、黏结部位、保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径等参数。各试件的具体设计参数见表,配钢形式及截面尺寸见图。其中试件SRRAC-1~SRRAC-11用于研究再生粗骨料取代率的影响,取代率R=0%~100%,中间级差10%。试件SRRAC-12~SRRAC-14用于研究型钢不同黏结部位与再生混凝土的黏结性能:试件SRRAC-12采取粘贴包装纸的措施,将型钢翼缘内侧和腹板两侧隔离,只保留型钢翼缘外侧与再生混凝土黏结;采用相同的隔离方法,试件SRRAC-13只保留型钢腹板两侧,试件SRRAC-14则只保留翼缘内侧与混凝土黏结。试件SRRAC-15~SRRAC-17用于研究型钢保护层厚度对型钢再生混凝土黏结性能的影响,保护层厚度从40~70 mm之间变化,级差10 mm;试件SRRAC-18~SRRAC-20用于研究截面配箍率的影响;试件SRRAC-21用于研究骨料来源的影响,除了该试件的再生粗骨料来源于实验室废弃混凝土外,其它试件均来源于废旧混凝土电线杆;试件SRRAC-22用于研究不同再生粗骨料粒径对黏结性能的影响,除了该试件的再生粗骨料粒径为20 mm外,其它试件粒径均为31.5 mm。实验室自拌混凝土,试件均采用卧式浇筑。
      选取两种废弃混凝土为再生粗骨料来源,试件SRRAC-21的再生骨料来自试验室废弃混凝土试件,其它试件则来源于南方电网西南线路服役50 a的混凝土电线杆,废弃混凝土强度等级均为C30。对废弃混凝土进行破碎、筛分和清洗得到再生粗骨料;除试件SRRAC-22采用粒径范围为5~20 mm外,其余试件粒径均为5~31.5 mm。
      再生混凝土的配制,以取代率0%为基准,按混凝土强度等级C30进行配制,具体配合比例为:水泥:水:细骨料:粗骨料=1:0.41:1.05:2.34。当取代率不同时,仅改变再生和天然粗骨料的比例,粗骨料总量不变,其它含量保持不变。各试件预留了尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试块,依据GB/T 50152—1992《混凝土结构试验方法标准》测试其强度,具体见表2。参考GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验方法》对试验用钢进行材性试验,实测强度值详见表。



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