再生混合混凝土的受压尺寸效应及外置薄钢板再生混合墙的抗震性能研究

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再生骨料混凝土是废弃混凝土循环利用的一条有效途径,但再生骨料的生产过程较为繁琐且能耗较大,加之再生骨料混凝土的配制仍需耗费大量水泥。为此,课题组提出了在结构构件中直接采用大尺度废弃混凝土的思想,从而将废弃混凝土的回收利用从骨料层次提升一至两个数量级到达大尺度块体或节段层次。课题组前期曾对采用大尺度废弃混凝土块体或节段的再生混合混凝土及其构件性能进行了初步研究,在此基础上本文进一步开展了再生混合混凝土受压尺寸效应以及外置薄钢板再生混合墙抗震性能两方面探讨。本文主要工作包括:通过51个再生混合混凝土立方体试件和36个圆柱体试件的受压试验,揭示了试件外形尺寸、废弃混凝土块体特征尺寸等因素对再生混合混凝土抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律。研究表明:在特征比保持不变的情况下,再生混合混凝土组合抗压强度随试件外形尺寸的增大而减小,既符合尺寸效应律也满足修正的尺寸效应律;在试件外形尺寸保持不变的情况下,组合抗压强度随特征比的增大而减小;建立的组合抗压强度与特征比之间的定量关系与试验结果吻合良好;构建的组合抗压强度预测公式可同时考虑试件外形尺寸和废弃混凝土块体特征尺寸的变化且具有较好精度;试件外形尺寸和废弃混凝土块体特征尺寸对再生混合混凝土弹性模量和峰值应变的影响有限。利用数字图像相关(Digital Image Correlation,简称DIC)测量技术对再生混合混凝土的受压破坏过程进行了揭示,研究表明:废弃混凝土块体与新混凝土之间的界面并未出现明显的裂缝集聚萌发及扩展现象,裂缝的后期发展多以贯穿新混凝土和废弃混凝土块体的方式进行。通过7片外置薄钢板再生混合墙的拟静力试验研究,分析了废弃混凝土取代率、钢板厚度、轴压比、横隔板间距、高宽比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,对试件的水平承载力进行了近似计算分析,并在总用钢量基本一致的情况下与钢筋混凝土墙的水平承载力进行了对比。研究表明:废弃混凝土取代率在0~33%之间变化对试件的初始刚度、水平承载力、破坏位移角、耗能能力、滞回曲线形状等抗震性能影响有限;外置薄钢板再生混合墙的设计轴压比不宜超过0.35;在墙厚与钢板厚度之比高达120的情况下,外置薄钢板再生混合墙仍具有较稳定的滞回性能和变形能力,其破坏位移角满足现行抗震规范要求;外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙相当甚至略高的耗能能力;在总用钢量基本一致的情况下,外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙基本相当的水平承载力。采用ABAQUS通用软件,建立了外置薄钢板再生混合墙的有限元模型,考察了主要参数对该类构件水平力—水平位移曲线的影响,并与试验结果进行了对比。对比计算时,考虑了再生混合混凝土组合抗压强度的尺寸效应。研究表明:单调加载时外置薄钢板再生混合墙的水平力—水平位移计算曲线上升段与往复加载试验骨架曲线总体吻合较好,但计算曲线的下降段与试验骨架曲线差别明显;在新、旧混凝土强度差小于10MPa时,废弃混凝土取代率在10%~40%之间变化对外置薄钢板再生混合墙的水平承载力和初始刚度影响较小;从用钢量角度考虑,单纯加厚墙端边缘约束构件(方钢管)对提高外置薄钢板再生混合墙的水平承载力可能更为有效;从方便废弃混凝土块体施工和提高该类构件水平承载力两方面考虑,建议实际工程中横隔板间距与墙厚之比取为1.0~2.0。
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