圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱耗能能力及延性分析

对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验,观察了组合柱的破坏形态及特征,获取了组合柱的滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、延性系数及侧向位移角等性能指标,分析了再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率和圆钢管径厚比等参数对组合柱耗能能力及延性的影响规律。结果表明:反复荷载作用下组合柱呈压弯塑性铰破坏模式;组合柱的荷载-位移滞回曲线饱满呈纺梭形,屈服位移后的等效粘滞阻尼系数在0.30~0.48之间,平均位移延性系数大于3.0,极限侧向位移角介于1/30~1/20之间且均大于规范限值1/50,组合柱表现出良好的耗能能力和延性。此外,组合柱的耗能能力和延性受再生粗骨料取代率的影响较大,全再生混凝土较普通混凝土耗能能力下降14.5%;增加钢管壁厚或型钢配钢率有利于提升组合柱的耗能能力和延性,而增大轴压比则对组合柱的延性和变形不利;内置型钢采用箱型截面时,组合柱耗能及延性最优,与工字型钢相比,采用箱型截面型钢的组合柱耗能能力和延性分别提升了23.5%和51.9%。

玄武岩-聚乙烯醇纤维对再生混凝土抗冻性能的影响

为了推广再生混凝土在高海拔和北方寒冷地区的应用,对单掺、混掺不同体积掺量玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维的再生混凝土进行质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率3项抗冻性能指标的探究,并用SEM对200次冻融循环后混掺纤维再生混凝土进行细观作用机理分析,最后结合响应面法对混掺纤维掺量进行优选。结果显示:外掺纤维能够提高再生混凝土的抗冻性能,而混掺纤维效果优于单掺纤维;2种纤维在试件内部呈网状分布,协同受力,与基体互相约束,很大程度限制了裂缝的扩展和数量;纤维优化结果显示当聚乙烯醇纤维与玄武岩体积掺量分别为0.170%和0.246%时,再生混凝土的抗冻性能最优。研究成果对玄武岩-聚乙烯醇纤维再生混凝土纤维掺量设计具有一定的借鉴意义。

冻融环境下再生混凝土毛细吸水特性研究

本文采用ASTM C1585-13水工混凝土毛细吸水标准试验方法,研究了冻融循环和再生混凝土粗骨料取代率(0%、20%、40%和60%)对再生混凝土(RAC)毛细吸水性能的影响,建立了冻融环境下RAC初期毛细吸水率的预测模型,并结合非饱和毛细理论,建立了RAC在不同冻融循环次数下相对含水量分布预测模型。结果表明:冻融环境相同时,RAC的累计吸水量和初期毛细吸水率随再生粗骨料取代率的增加而变大;再生粗骨料取代率相同时,RAC累计吸水量和初期毛细吸水率随冻融循环次数的增加而变大;从经济角度来看,40%掺量的RAC抗冻性能较优。经验证,通过回归分析建立的冻融损伤下RAC初期毛细吸水率预测模型,计算精度较高,可用于预测RAC的毛细吸水性能,为RAC的抗冻耐久性评价提供理论依据。

基于残余砂浆附着特征的再生混凝土硫酸盐传输模型

已有再生混凝土计算模型未充分考虑残余砂浆附着特征,导致模型中缺少新砂浆-原生骨料界面过渡区,道路工程混凝土硫酸盐传输模型与实际情况不符。本工作根据瓦拉文公式将三维骨料体积转换为二维平面圆形,并根据图像分析法测得的残余砂浆附着特征将不同粒径的骨料分割成残余砂浆和裸露骨料两部分,随后利用蒙特卡罗方程将分割后的再生骨料于混凝土体系中随机投放,构建了再生混凝土的六相数字化模型。通过再生骨料截面面积确定、再生骨料数据库建立等过程,提出六相混凝土数字化模型中再生骨料残余砂浆附着特征的表达方法。基于Fick第二定律,结合孔隙率对再生混凝土中各相扩散系数的影响分析,提出再生混凝土中各相扩散系数方程。通过有限元软件实现了六相再生混凝土的二维可视化,建立了六相再生混凝土硫酸根离子传输模型。通过将试验测试值与模型计算值进行对比,得出试验结果与计算结果总体吻合度良好,理论计算结果与实验所测离子传输深度的变化规律是一致的,建立的基于残余砂浆附着特征的再生混凝土硫酸盐传输模型具有一定的合理性。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

盐冻循环下粉煤灰再生混凝土性能劣化规律及寿命预测

为研究粉煤灰再生混凝土在高寒、盐渍土地区的耐久性问题,以质量分数为3%的NaCl和5%的Na_(2)SO_(4)混合溶液为冻融介质,采用快冻法对不同粉煤灰掺量的再生混凝土进行冻融循环试验,测定各组试件的质量损失、抗压强度以及相对动弹性模量的数据,研究粉煤灰再生混凝土在盐冻耦合作用下的性能劣化规律,并通过抛物线损伤模型预测再生混凝土的耐久性寿命。研究结果表明:在盐冻侵蚀作用下,不同掺量粉煤灰再生混凝土的相对动弹性模量和抗压强度变化均呈现前期平缓下降,后期快速下降的趋势,而质量损失率则前期缓慢增长,后期快速增加;抛物线模型能较好表征粉煤灰再生混凝土在复合盐环境下的冻融损伤,其模型拟合曲线与试验结果符合较好,具有较高的精度;当粉煤灰掺量为20%时,再生混凝土的抗冻耐久性寿命最长。

氯盐干湿循环对再生混凝土力学性能研究进展

再生混凝土的应用,不仅能够解决废弃混凝土处理问题;又能降低因资源过度开采所引起的生态环境破坏,因而具有广阔的发展前景。相比于普通混凝土,干湿循环作用下再生混凝土的力学性能更为复杂。综述了氯盐干湿循环环境下再生混凝土力学性能研究进展,剖析了再生混凝土在氯盐侵蚀与干湿循环共同作用下抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度、动弹性模量、界面过渡区和孔隙结构等力学性能变化规律,分析了干湿循环与再生粗骨料对再生混凝土力学性能影响机理,总结了其力学性能改善措施。分析结果表明:既有研究存在不足,主要体现在试验早期不同研究者的研究结论离散性较大,需要进一步加强微观结构和破坏机理分析,完善理论体系。

GFRP筋再生混凝土梁受弯承载力研究

为研究GFRP筋再生混凝土梁(GFRP-RAC)的受弯承载力,完成了5根配GFRP筋、1根配BFRP筋和1根配钢筋的再生混凝土梁抗弯试验,分析了不同再生骨料取代率、纵筋类型以及纵筋配筋率等因素对各试验梁开裂荷载和极限承载力的影响。结果表明:再生骨料取代率对开裂荷载的影响较大,而纵筋类型及纵筋配筋率对其影响不明显;当再生骨料取代率由0增加至50%和100%时,试验梁开裂荷载分别减小了7.9%和17.3%;极限承载力受再生骨料取代率影响较小而受纵筋配筋率影响较大,当GFRP-RAC梁纵筋配筋率由0.38%提高至0.6%和1.17%时,极限荷载分别提升了17.9%和52.5%。另外,结合国内外规范对GFRP-RAC梁的受弯承载力进行对比分析,并基于试验数据和相关试验结果的回归分析,得到开裂荷载修正系数αcr,开裂荷载修正后的计算值与试验值吻合较好。

玄武岩纤维再生混凝土高温水冷损伤试验研究

为研究消防喷水灭火对纤维再生混凝土力学特性的影响,以玄武岩纤维(BF)体积掺量和历经最高温度为变化参数,共设计90个玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)标准立方体试块,进行高温喷水冷却和抗压强度—声发射(AE)试验,探讨BF体积掺量和历经最高温度对BFRC力学性能的影响。结果表明,当温度升到1 000℃,试块表面脱落,骨料全部露出,试块的完整性遭到严重破坏;试块的剩余抗压强度在温度为200~400℃时下降趋缓,抵抗高温的效果明显;BFRC的高温喷水冷却受压损伤过程可分为初期压密与裂纹萌生阶段、裂纹扩展汇集阶段和峰后破坏阶段,各阶段的声发射振铃累计计数具有明显差异;拟合得到消防喷水灭火后BFRC抗压强度计算公式,可为评估不同BF体积掺量及历经最高温度对BFRC抗压强度的影响提供参考。

反复荷载下方钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震性能,通过对9个组合柱试件进行低周反复荷载试验,对其地震破坏特征进行分析,并详细探究再生粗骨料取代率、型钢配钢率、方钢管宽厚比和轴压比等影响参数对组合柱承载力、延性及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:在反复水平荷载作用下组合柱呈现典型的压弯塑性铰破坏模式。组合柱的荷载-位移滞回曲线呈饱满“纺梭形”,具有较好的耗能能力。再生粗骨料取代率对组合柱的承载力的影响较小,随着再生粗骨料取代率的增加,组合柱的延性和耗能能力逐渐下降,延性和耗能能力最大分别下降7.83%和7.6%,组合柱试件承载力先升高后下降,承载力最大变化幅值为1.98%,影响幅值较小。随着方钢管宽厚比的减小或型钢配钢率的提高,组合柱的承载力和延性均得到提高,宽厚比从100降至33,承载力提高了57.44%,而型钢配钢率从4.2%增长至6.3%,承载力和延性则分别提高了21.45%和20.44%,说明方钢管宽厚比和型钢配钢率对组合柱抗震性能影响较大。另外,增大轴压比对组合柱试件的抗震性能不利,随着轴压比的增大,组合柱的滞回曲线饱满度下降,延性降低,轴压比从0.2提高到0.6,延性降低了11.11%。研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。

冻融与硫酸盐侵蚀共同作用对再生混凝土的复合损伤研究

对于不同取代率再生混凝土在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下的损伤,采用快冻法,对再生粗骨料取代率为0、30%、50%和100%的再生混凝土进行试验。试验测试了混凝土的质量损失、相对动弹性模量、立方体抗压强度,并利用电子显微镜和X射线衍射等方法分析混凝土的微观结构及侵蚀产物。试验结果表明:再生粗骨料对混凝土耐久性影响巨大,随着取代率的提高,再生混凝土的性能随冻融循环次数的增加逐渐下降,硫酸盐在一定程度上减缓了混凝土的劣化,冻融循环是混凝土劣化的主要原因,并提出了盐胀与冻胀、静水压及化学腐蚀复合作用下的损伤机理。

碳纤维布加固损伤再生混凝土梁受弯性能研究

为研究因承受荷载而产生损伤的再生混凝土梁经碳纤维布加固后的受弯性能,选取不同的再生骨料取代率,设计了9根再生混凝土梁;通过预加弯曲荷载使试验梁产生初始损伤,卸载后在损伤梁底部粘贴不同宽度的碳纤维布进行加固,再对试验梁进行受弯承载力试验;考虑再生骨料掺量及预损伤程度的影响,提出了碳纤维布加固损伤再生混凝土梁发生剥离破坏时的受弯承载力计算公式。结果表明:因预损伤产生的裂缝降低了碳纤维布与再生混凝土梁间的黏结强度,加固梁均发生了剥离破坏;随再生骨料取代率的增加,试验梁在相同荷载下产生的裂缝宽度和数量逐渐增加,极限承载力有所减小;随碳纤维布加固宽度的增大,试验梁破坏时的挠度减小,极限承载力提高,裂缝分布细而密;随预损伤程度的增大,试验梁破坏时的裂缝宽度逐渐增大,数量明显增多,但极限承载力和挠度变化并不明显;受弯承载力计算值与试验值吻合较好,研究成果可为碳纤维布加固损伤再生混凝土梁的受力性能评估提供参考。

可恢复功能装配式高强再生混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为推动高强再生混凝土构件应用于可恢复功能建筑结构,提出一种边缘构件配置弱粘结超高强纵筋的装配式高强再生混凝土剪力墙。对4个剪跨比为2.2的装配式高强再生混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,分析了边缘配置弱粘结超高强纵筋、墙体有无钢纤维的装配式高强再生混凝土剪力墙的损伤破坏形态、滞回性能、刚度退化、残余变形、裂缝宽度等抗震与可恢复性能指标。结果表明:在大变形条件下,边缘配置弱粘结超高强纵筋的装配式高强再生混凝土剪力墙水平承载力持续增大,混凝土损伤程度较轻,抗侧刚度退化缓慢,残余变形与裂缝宽度较小。基于试验结果,建议了可恢复功能装配式高强再生混凝土剪力墙在1%位移角下的抗震承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。

重复荷载作用下再生混凝土受压力学性能研究

通过制作3种不同取代率(0,50%,100%)再生粗骨料混凝土的棱柱体试件39个,以普通混凝土单调加载峰值强度的0、30%、50%、70%为最大幅值,分别对棱柱体进行了重复加载的轴心受压试验,同时分析了取代率和重复荷载幅值对再生混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量3个性能的影响,并分别对3个性能参数与加载幅值关系进行拟合。结果表明:重复荷载作用下再生混凝土峰值应力随加载幅值的增加逐渐降低,峰值应变随加载幅值的增加逐渐增加;弹性模量随加载幅值的增大呈线性降低,降低程度随再生粗骨料取代率增加而增大。

火灾后全取代率型钢再生混凝土梁抗弯性能

为了研究火灾后全取代率型钢再生混凝土(SRRAC)梁的受弯性能,利用有限元模型分析了受火时间、再生粗骨料取代率、钢材及再生混凝土强度参数对构件受弯性能的影响。结果表明:受火时间对构件的抗弯性能影响较为显著,受火时间在30~60 min时混凝土承载力下降幅度在17.9%~29.4%,受火时间在60 min以上时混凝土承载力下降幅度在10%以内;取代率、型钢强度与混凝土强度对承载力影响较小;在受火时间相同而不同取代率的构件内部温度相差不大。

可持续建筑中再生混凝土应用研究

再生混凝土在建筑结构中具备优越性能,可以满足强度和耐久性要求。在基础设施建设中,再生混凝土的应用也取得显著成果,为城市绿色发展作出了积极贡献。此外,再生混凝土在景观设计中的创新应用为城市增添了美丽的景观元素,同时,有效地促进了再生资源的可持续利用。文章探讨了再生混凝土在可持续建筑中的广泛应用,从结构、环保、景观等方面分析了其重要性,并通过实际案例强调了再生混凝土在可持续建筑中的重要地位和潜力,为未来城市的发展提供了诸多借鉴。

不同再生混凝土取代率与CFRP布层数高强方钢管再生混凝土柱轴压性能

通过轴压试验和有限元数值模拟试验研究了在轴向荷载作用下,再生混凝土取代率、CFRP布层数对CFRP约束高强方钢管再生混凝土柱轴压性能的影响.结果表明:试件的峰值承载力和初始刚度会随着CFRP布层数的增加而提高,试件的延性则会随着CFRP布层数的增加而下降,且增加CFRP布层数可使试件中部环向变形的发展延后,进而可有效提升其轴压性能;提高再生混凝土取代率会降低试件的峰值承载力、初始刚度及延性,但其破坏形态与无取代试件类似.研究结果可为类似组合柱轴压性能的评价提供参考.

粉煤灰再生混凝土配筋梁的受弯性能研究

研究了再生粗骨料取代率(0、30%、60%、100%)对粉煤灰混凝土基本力学性能的影响,并设计制作了4根相同配筋率的试验梁,分析了其受弯破坏情况。结果表明:随着再生粗骨料取代率的增加,粉煤灰混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量均先增大后减小;粉煤灰再生混凝土试验梁的正截面应变服从平截面假定,随着再生粗骨料取代率的增加,试验梁的延性和开裂荷载基本呈降低趋势,裂缝数量、裂缝最大宽度和屈服荷载均先增大后减小,极限荷载呈先增大后减小再增大的趋势。