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 楊曦學號 010240329指導教師 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設計五 再生混凝土梁抗裂度有限元分析六 總結與展望 一 緒論 1研究意義和目的近年來 隨著國民經(jīng)濟持續(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 隨著我國經(jīng)濟建設步伐的進一步加快 今后廢棄混凝土塊仍有增多的趨勢 廢棄混凝土的巨大處理費用和由此引發(fā)的環(huán)境問題已十分突出 成為城市的一大公害 一 緒論 2 再生混凝土研究現(xiàn)狀及存在問題早在第二次世界大戰(zhàn)之后 世界上一些發(fā)達國家 就開始了廢棄混凝土回收再利用的研究 已召開過三次廢棄混凝土再生利用專題方面的國際會議 提出混凝土必須綠色化 一 緒論 我國對再生骨料的研究較晚 現(xiàn)在也已經(jīng)成為混凝土研究領域中的一個熱點 我國政府制定的中長期科教興國戰(zhàn)略和社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 也鼓勵廢棄物的研究和應用 雖然我國在一定時期內(nèi)不會出現(xiàn)混凝土骨料原料的缺乏的問題 但是建筑垃圾帶來的環(huán)境污染問題越來越嚴重 使得我國政府已經(jīng)開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 強度低等特征 這與天然骨料的性質(zhì)相差較大 因此導致再生混凝土在應用中存在一些問題 1 強度低 2 收縮率大 3 耐久性 4 造價問題 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 構造和環(huán)境條件等非荷載因素2裂縫的控制我國規(guī)范規(guī)定 在設計鋼筋混凝土構件時 應根據(jù)其使用要求確定控制裂縫的3個等級3構件的開裂內(nèi)力已知構件的截面尺寸和材料 確定其開裂時的內(nèi)力 是驗算構件是否出現(xiàn)裂縫和計算開裂構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)范給出的開裂彎矩以及裂縫寬度的公式如下開裂彎矩 裂縫寬度 三 國內(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 關于梁裂縫性能的文獻的基礎上完成的 其中普通混凝土10篇 高強混凝土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 趙國藩 藍宗建等人對普通混凝土梁在短期及長期荷載作用下的開裂及裂縫開展 裂縫寬度等性能作了詳細的研究 他們通過大量的試驗 得出了關于梁開裂彎矩及裂縫寬度的經(jīng)驗公式 并且他們提出的公式已被收入我國的普通混凝土的設計規(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該和普通混凝土大致相同 因此 通過試驗來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 2 高強混凝土 蔣永生 梁書亭 姜寧輝等人對高強混凝土梁的裂縫性能進行了研究 對于高強混凝土 由于混凝土的強度變高 因此高強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 國內(nèi)外的文獻大多認為高強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 但由于高強混凝土性質(zhì)發(fā)生改變 其脆性相對普通混凝土加大 在此狀況下 其裂縫的研究國內(nèi)外卻很少 此外 對于高強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纖維來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 袁勇等人對纖維混凝土梁的裂縫性能進行了研究 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 蔡華等研究者對輕骨料混凝土進行了研究對于輕骨料混凝土 和高強混凝土纖維混凝土相同 文獻中大多是通過對輕骨料混凝土梁進行試驗 分析試驗結果和數(shù)據(jù) 然后對普通混凝土梁的裂縫公式進行系數(shù)修正以得到輕骨料混凝土梁裂縫的相關公式 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 蘭陽等對再生混凝土梁的抗彎性能進行了試驗研究 趙偉對再生混凝土與普通混凝土的裂縫性能進行了比較 但是國內(nèi)外對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 并且沒有提出與普通混凝土相銜接的裂縫寬度計算公式 因此 對于再生混凝土梁的抗裂性能和裂縫度有待進一步的深入研究 四 再生混凝土梁裂縫的試驗設計 1再生混凝土梁裂縫寬度及抗裂度的理論推導開裂彎矩公式 根據(jù)截面的應力應變關系 可以得到開裂彎矩的計算公式 1 再生混凝土梁裂縫寬度及抗裂度的理論推導 其中為再生混凝土的抗拉強度 肖建莊等人的試驗研究給出了計算抗拉強度的公式 裂縫寬度公式 2裂縫的影響因素分析 受拉鋼筋的應力 鋼筋直徑和有效配筋率 鋼筋保護層厚度 抗拉強度 3試驗設計因素 根據(jù)裂縫寬度影響因素的分析 本試驗擬選取混凝土強度 鋼筋直徑以及鋼筋等級三個參數(shù)為再生混凝土梁裂縫及抗裂性能試驗的設計因素 3試驗設計因素 試驗設計因素列表 4試驗設備及誤差分析 采用20T級千斤頂手動式反向加載系統(tǒng)梁頂部的混凝土平均應變的量測 采用梁頂貼應變片的方法量測梁受拉區(qū)的鋼筋平均應變 擬用手持式應變儀來測量對于裂縫寬度的測量 采用精度為0 05mm的裂縫讀數(shù)顯微鏡觀測裂縫寬度 此外 擬采用YHD 50型位移計及CZ 6A型磁性表座測量撓度 其他使用的設備還包括WE 300A液壓式萬能試驗機 YES 3000A數(shù)顯式壓力試驗機 位移計測曲率裝置 計算機 打磨機 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集中加載 邊界條件同試驗情況相同 采用的再生混凝土梁的彈性模量為普通混凝土降低35 而抗拉強度相對普通混凝土降低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變 普通混凝土極限拉應變?yōu)?建模過程 再生混凝土梁1 2模型圖 建模過程 施加邊界條件及荷載后的模型 有限元結果分析 L1 L6荷載 應變比較圖 有限元結果分析 L3荷載 應變圖 有限元結果分析 L7荷載 應變圖 有限元結果分析 L10荷載 應變圖 有限元結果分析 梁開裂荷載及開裂彎矩值表 有限元結果分析 經(jīng)過計算機的加載過程 認為當混凝土梁受拉邊緣的應變達到其極限應變時混凝土開始出現(xiàn)裂縫 從各個梁的荷載 梁底混凝土拉應變圖以及再生混凝土與普通混凝土的荷載應變比較圖可以看出 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 再生混凝土的應變值要大于普通混凝土 這與文獻中的關于再生混凝土的延伸性能要強于普通混凝土的結論相一直 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 即開裂彎矩小于普通混凝