再生混凝土梁抗裂性能及裂縫寬度研究.ppt

再生混凝土梁抗裂性能和裂縫寬度研究 姓名 楊曦學(xué)號(hào) 010240329指導(dǎo)教師 吳瑾教授 再生混凝土梁抗裂性能和裂縫寬度研究 一 緒論二 混凝土梁抗裂度和裂縫寬度的基本理論三 國(guó)內(nèi)外混凝土梁抗裂度和裂縫寬度的研究現(xiàn)狀綜述四 再生混凝土梁裂縫的試驗(yàn)設(shè)計(jì)五 再生混凝土梁抗裂度有限元分析六 總結(jié)與展望 一 緒論 1研究意義和目的近年來(lái) 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速地發(fā)展 大量舊建筑物被拆除 每年拆除的舊有 新建的建筑所產(chǎn)生的垃圾約8000萬(wàn)噸以上 在所有的建筑垃圾中 廢棄混凝土的量是最大的 約占1 3 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的進(jìn)一步加快 今后廢棄混凝土塊仍有增多的趨勢(shì) 廢棄混凝土的巨大處理費(fèi)用和由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題已十分突出 成為城市的一大公害 一 緒論 2 再生混凝土研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題早在第二次世界大戰(zhàn)之后 世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家 就開(kāi)始了廢棄混凝土回收再利用的研究 已召開(kāi)過(guò)三次廢棄混凝土再生利用專題方面的國(guó)際會(huì)議 提出混凝土必須綠色化 一 緒論 我國(guó)對(duì)再生骨料的研究較晚 現(xiàn)在也已經(jīng)成為混凝土研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn) 我國(guó)政府制定的中長(zhǎng)期科教興國(guó)戰(zhàn)略和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 也鼓勵(lì)廢棄物的研究和應(yīng)用 雖然我國(guó)在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)混凝土骨料原料的缺乏的問(wèn)題 但是建筑垃圾帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重 使得我國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始了建筑垃圾資源化利用的研究 一 緒論 再生骨料具有孔隙率高 吸水性大 強(qiáng)度低等特征 這與天然骨料的性質(zhì)相差較大 因此導(dǎo)致再生混凝土在應(yīng)用中存在一些問(wèn)題 1 強(qiáng)度低 2 收縮率大 3 耐久性 4 造價(jià)問(wèn)題 二 混凝土梁抗裂度和裂縫寬度的基本理論 1裂縫的成因 荷載作用 施工 構(gòu)造和環(huán)境條件等非荷載因素2裂縫的控制我國(guó)規(guī)范規(guī)定 在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí) 應(yīng)根據(jù)其使用要求確定控制裂縫的3個(gè)等級(jí)3構(gòu)件的開(kāi)裂內(nèi)力已知構(gòu)件的截面尺寸和材料 確定其開(kāi)裂時(shí)的內(nèi)力 是驗(yàn)算構(gòu)件是否出現(xiàn)裂縫和計(jì)算開(kāi)裂構(gòu)件的裂縫間距和寬度所必需的 二 混凝土梁抗裂度和裂縫寬度的基本理論 規(guī)范給出的開(kāi)裂彎矩以及裂縫寬度的公式如下開(kāi)裂彎矩 裂縫寬度 三 國(guó)內(nèi)外混凝土梁抗裂度和裂縫寬度的研究現(xiàn)狀比較與分析 為了借鑒其他種類混凝土梁的裂縫研究方法 本文是在參考閱讀 比較與分析了34篇 英文6篇 關(guān)于梁裂縫性能的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上完成的 其中普通混凝土10篇 高強(qiáng)混凝土5篇 纖維混凝土10篇 輕骨料混凝土6篇 再生混凝土3篇 1 普通混凝土 丁大均 趙國(guó)藩 藍(lán)宗建等人對(duì)普通混凝土梁在短期及長(zhǎng)期荷載作用下的開(kāi)裂及裂縫開(kāi)展 裂縫寬度等性能作了詳細(xì)的研究 他們通過(guò)大量的試驗(yàn) 得出了關(guān)于梁開(kāi)裂彎矩及裂縫寬度的經(jīng)驗(yàn)公式 并且他們提出的公式已被收入我國(guó)的普通混凝土的設(shè)計(jì)規(guī)范中 1 普通混凝土 很多文章指出了影響混凝土梁裂縫寬度的主要因素 對(duì)于再生混凝土梁 影響其裂縫寬度和抗裂性能的主要因素應(yīng)該和普通混凝土大致相同 因此 通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究再生混凝土梁的方案可以近似的采用普通混凝土的試驗(yàn)方案 所以普通混凝土梁的裂縫研究方法是本文研究再生混凝土梁的裂縫的重要基礎(chǔ) 2 高強(qiáng)混凝土 蔣永生 梁書(shū)亭 姜寧輝等人對(duì)高強(qiáng)混凝土梁的裂縫性能進(jìn)行了研究 對(duì)于高強(qiáng)混凝土 由于混凝土的強(qiáng)度變高 因此高強(qiáng)混凝土梁的抗裂性能以及裂縫寬度與普通混凝土相比有較大的區(qū)別 國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)大多認(rèn)為高強(qiáng)混凝土梁的抗裂性能要高于普通混凝土梁 且其裂縫寬度也普遍小于普通混凝土梁 但由于高強(qiáng)混凝土性質(zhì)發(fā)生改變 其脆性相對(duì)普通混凝土加大 在此狀況下 其裂縫的研究國(guó)內(nèi)外卻很少 此外 對(duì)于高強(qiáng)混凝土與普通混凝土的差異性的研究 在研究中考慮了哪些改變的因素 這一方面在本文研究再生混凝土的梁的裂縫性能有借鑒價(jià)值 3 纖維混凝土 纖維混凝土的種類很多 有在混凝土中加入增強(qiáng)纖維來(lái)改善梁抗裂性能的方法 還有利用玻璃鋼纖維筋直接代替鋼筋的方法以改變鋼筋由于銹蝕而在裂縫方面的不利因素 高丹盈 趙軍 袁勇等人對(duì)纖維混凝土梁的裂縫性能進(jìn)行了研究 3 纖維混凝土 纖維加入混凝土 可以提高其抗裂性能 而對(duì)于再生混凝土 由于混凝土的骨料改變 抗裂性能也可能改變 因此知道了纖維混凝土梁的裂縫性能的研究方法對(duì)于本文研究再生混凝土也有很大幫助 4輕骨料混凝土梁裂縫研究現(xiàn)狀 唐興榮 焦彬如 蔡華等研究者對(duì)輕骨料混凝土進(jìn)行了研究對(duì)于輕骨料混凝土 和高強(qiáng)混凝土纖維混凝土相同 文獻(xiàn)中大多是通過(guò)對(duì)輕骨料混凝土梁進(jìn)行試驗(yàn) 分析試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù) 然后對(duì)普通混凝土梁的裂縫公式進(jìn)行系數(shù)修正以得到輕骨料混凝土梁裂縫的相關(guān)公式 這也是本文研究再生混凝土梁裂縫的主要方法 5再生混凝土梁的裂縫寬度研究現(xiàn)狀 肖建莊 蘭陽(yáng)等對(duì)再生混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究 趙偉對(duì)再生混凝土與普通混凝土的裂縫性能進(jìn)行了比較 但是國(guó)內(nèi)外對(duì)再生混凝土梁的裂縫以及抗裂性能的研究仍然很少 即使有文章提到 也只是比較定性的研究 并且沒(méi)有提出與普通混凝土相銜接的裂縫寬度計(jì)算公式 因此 對(duì)于再生混凝土梁的抗裂性能和裂縫度有待進(jìn)一步的深入研究 四 再生混凝土梁裂縫的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1再生混凝土梁裂縫寬度及抗裂度的理論推導(dǎo)開(kāi)裂彎矩公式 根據(jù)截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 可以得到開(kāi)裂彎矩的計(jì)算公式 1 再生混凝土梁裂縫寬度及抗裂度的理論推導(dǎo) 其中為再生混凝土的抗拉強(qiáng)度 肖建莊等人的試驗(yàn)研究給出了計(jì)算抗拉強(qiáng)度的公式 裂縫寬度公式 2裂縫的影響因素分析 受拉鋼筋的應(yīng)力 鋼筋直徑和有效配筋率 鋼筋保護(hù)層厚度 抗拉強(qiáng)度 3試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素 根據(jù)裂縫寬度影響因素的分析 本試驗(yàn)擬選取混凝土強(qiáng)度 鋼筋直徑以及鋼筋等級(jí)三個(gè)參數(shù)為再生混凝土梁裂縫及抗裂性能試驗(yàn)的設(shè)計(jì)因素 3試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素列表 4試驗(yàn)設(shè)備及誤差分析 采用20T級(jí)千斤頂手動(dòng)式反向加載系統(tǒng)梁頂部的混凝土平均應(yīng)變的量測(cè) 采用梁頂貼應(yīng)變片的方法量測(cè)梁受拉區(qū)的鋼筋平均應(yīng)變 擬用手持式應(yīng)變儀來(lái)測(cè)量對(duì)于裂縫寬度的測(cè)量 采用精度為0 05mm的裂縫讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)裂縫寬度 此外 擬采用YHD 50型位移計(jì)及CZ 6A型磁性表座測(cè)量撓度 其他使用的設(shè)備還包括WE 300A液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) YES 3000A數(shù)顯式壓力試驗(yàn)機(jī) 位移計(jì)測(cè)曲率裝置 計(jì)算機(jī) 打磨機(jī) 放大鏡等 五 再生混凝土梁抗裂度有限元分析 1 模型選擇本試驗(yàn)采用SOLID65模擬再生混凝土和LINDK8單元按分離式位移協(xié)調(diào)模型模擬鋼筋 1邊界條件及材料性質(zhì) 加載方式采用三等分點(diǎn)集中加載 邊界條件同試驗(yàn)情況相同 采用的再生混凝土梁的彈性模量為普通混凝土降低35 而抗拉強(qiáng)度相對(duì)普通混凝土降低10 左右 再生混凝土的泊松比為0 20 普通混凝土泊松比1 6 再生混凝土的極限拉應(yīng)變 普通混凝土極限拉應(yīng)變?yōu)?建模過(guò)程 再生混凝土梁1 2模型圖 建模過(guò)程 施加邊界條件及荷載后的模型 有限元結(jié)果分析 L1 L6荷載 應(yīng)變比較圖 有限元結(jié)果分析 L3荷載 應(yīng)變圖 有限元結(jié)果分析 L7荷載 應(yīng)變圖 有限元結(jié)果分析 L10荷載 應(yīng)變圖 有限元結(jié)果分析 梁開(kāi)裂荷載及開(kāi)裂彎矩值表 有限元結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的加載過(guò)程 認(rèn)為當(dāng)混凝土梁受拉邊緣的應(yīng)變達(dá)到其極限應(yīng)變時(shí)混凝土開(kāi)始出現(xiàn)裂縫 從各個(gè)梁的荷載 梁底混凝土拉應(yīng)變圖以及再生混凝土與普通混凝土的荷載應(yīng)變比較圖可以看出 再生混凝土的抗裂彎矩要小于普通混凝土 大約降低10 左右 從圖中還可以看出 在相同荷載條件下 再生混凝土的應(yīng)變值要大于普通混凝土 這與文獻(xiàn)中的關(guān)于再生混凝土的延伸性能要強(qiáng)于普通混凝土的結(jié)論相一直 但是 由于再生混凝土的彈性模量要小于普通混凝土35 左右 所以從總體上看 再生混凝土的抗裂性能要小于普通混凝土 即開(kāi)裂彎矩小于普通混凝