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增强筋与再生混凝土粘结土木工程性能研究

时间:2018-11-20 20:58来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业旨在培养适应社会主义现代化需要,具有扎实的技术基础理论和必要的专业知识、较强的外语和计算机应用能力,有一定的分析解决工程实际。
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业旨在培养适应社会主义现代化需要,具有扎实的技术基础理论和必要的专业知识、较强的外语和计算机应用能力,有一定的分析解决工程实际问题能力及工程设计能力,有初步的科学研究、科技开发能力和管理能力的铁道工程高级专业技术人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 引言
1.1.1 再生混凝土的发展应用
随着我国经济的高速发展,因住房问题,拆迁和改建等造成的建筑废弃料越来越多,其中最多的就是废弃混凝土垃圾,这将会对周边居民的生活环境带来影响,且会造成可再生资源的浪费[1-3]。从 20 世纪 90 年代开始,国外学者首先想到将这些废弃材料经过加工、粉碎、分级,然后重新应用到建筑材料中去,即为再生骨料混凝土[4-6]。早期对再生混凝土的研究主要是物理、力学性能等方面。近些年,国内外研究人员对再生混凝土的研究更深入、广泛,比如再生骨料取代率、骨料类型、颗粒级配以及钢筋和再生混凝土的粘结性能等[7-9]。因此,对废弃建筑材料的回收再利用是目前建筑业与环保业的重要问题,将废弃混凝土块体经过回收、破碎、筛分后,形成再生骨料,可代替天然骨料制成新的建材产品,既能解决废弃建筑材料的堆弃问题,又可以很好地解决一部分环境问题,可带来巨大的社会效益、经济效益和环保效益[10]。虽然我国在短期内不会遇到资源短缺问题,但是从长久来看,很可能会面对资源匮乏,我国建筑业发展迅速,甚至远超一些发达国家,因此我国政府也鼓励对废弃建筑材料的研究和应用,同时国内的一些专家学者在已加紧对再生混凝土的相关课题进行立项研究。尽管再生骨料混凝土的部分性能不如普通骨料混凝土,若在再生骨料混凝土中掺加一些外加剂,则可以在很大程度上改善其力学性能。基于再生骨料对建筑业以及环境保护的益处,若政府能大力宣传相关内容,并在财力和政策上予以支持,制定相关的行业标准,则一定会推动再生混凝土这一环保建筑材料的推广,促进中国经济迅猛发展[11,12]。
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1.2 增强筋与混凝土粘结性能研究现状
 
1.2.1 纤维增强复合材料筋(FRP 筋)的研究现状
纤维增强复合材料筋在土木工程中的应用是国内外学术界的热门研究课题之一,并成功应用于各个领域。FRP 筋以其优良的性质被广泛应用于非导电和非电磁、地质灾害防治工程中,但由于其抗火性较差,限值了 FRP 筋在土木工程中的大量应用,也将是以后一个可以继续研究的课题[16]。FRP 筋与混凝土结构是一种 FRP 筋代替钢筋的新型混凝土结构,而 FRP 筋与混凝土粘结滑移的力学性能,是影响 FRP 筋混凝土构件受力性能、破坏形态、承载力、变形能力以及结构分析、设计的主要因素,对 FRP 筋增强混凝土结构的性能有着巨大的影响,对 FRP 筋混凝土的推广与应用具有十分重要的意义。自80 年代中期以来,美国、德国、加拿大、英国、日本等国开始进行这方面的研究,并相继将 FRP 筋混凝土结构应用于实际工程,并取得了很多成果[17,18]。目前,日本、美国、加拿大等过均把 FRP 筋的相关内容加到了规范。日本在 1988 年成立了连续纤维复合材料委员会,该委员会 1991 年完成了评估 FRP 筋混凝土结构的方法,1993 年在世界上首先完成 FRP 筋混凝土的结构设计准则,美国混凝土歇会与 1991 年成立了 AV 工 440 委员会,开展一系列研究工作,并致力于编制 FRP 筋混凝土结构的试验方法标准及设计施工规程。在 2001 年该委员会提出了 FRP 筋混凝土的设计和施工准则,2003 年正式出版了《FRP 筋混凝土结构的设计及施工指标(ACI440.1R-03)》[19]。自 1995 年起,国内才开始了对 FRP 筋与混凝土粘结性能的研究,并在国家 863 计划、973 计划、自然科学基金等极大基金的资助下,FRP 筋与混凝土粘结性能的研究已经取得了很大成果,但研究结果还存在一些不统一,尚未形成一整套完善的 FRP 筋与混凝土粘结-滑移理论,需要国内学者继续研究,在前人的基础上去创造更多的成果。
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2 不同骨料粒径和取代率下再生混凝土基本力学性能研究
 
再生骨料混凝土(RecyledAggregate Concrete,简称 RAC)在国内外的应用已非常广泛,因其取自废弃建筑材料再利用形成的骨料,对资源短缺与环境保护影响甚大,同时对再生骨料混凝土的研究也成为了学术界的热门话题,尤其对再生混凝土力学性能的研究,目前国内学者对再生混凝土力学性能的研究已经取得了很多成果和一致性结论,但对再生混凝土的研究仍在在继续,因其力学性能差异很大,不同批次的再生骨料,不同的影响因素以及不同的试验环境都会对再生混凝土的力学性能差生很大影响。将再生骨料混凝土应用于工程领域需考虑各种因素对其力学性能的影响,由于再生骨料混凝土自身的性能略低于普通骨料混凝土,因此需掌握影响其力学性能的关键性因素,并从这些因素入手,去改善再生骨料混凝土的力学性能。本文通过改变再生骨料的取代率以及粗骨料粒径这两个因素,并按照国家标准试验规范来研究再生混凝土的各项力学性能,找出二者对再生混凝土力学性能的影响规律。
 
2.1 试验材料及设计
本试验所用材料有水泥、粉煤灰、天然粗骨料、再生粗骨料、天然细骨料(河砂)、减水剂等。水泥为渤海牌普通硅酸盐水泥 P.O42.5 水泥;天然细骨料为普通河砂,堆积密度为1620kg/m3,表观密度为 2580 kg/m3,隶属于二区中沙;天然粗骨料为取自天然碎石,堆积密度为 1560kg/m3,表观密度为 2620kg/m3;再生粗骨料源自废弃建筑拆除破碎筛选而来,选用的骨料粒径范围有 5-10mm、11-15mm 和 16-20mm,不同粒径下的骨料见图 2.1,和图 2.2,不同骨料粒径范围下的各性能指标见表 2.1,所用筛孔直径为 5mm,10mm,16mm 和 20mm,严格按照《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25177-2010)[70]和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)[71]这两个规范的内容去测试骨料的每种性能指标和相关的试验内容;所用的液体减水剂为聚羧酸高效减水剂,掺量为胶凝材料的 0.5%,减水率为 25%-45%,减水剂的作用是可以提高混凝土的流动性能,使混凝土能够较长时间保持良好的施工性能,同时也能改善混凝土的和易性和物理性能,提高混凝土的质量。粉煤灰为锦州热电厂生产的二级类型,其表观密度为 2230 kg /m3,掺量为实际用量每公斤胶凝材料的 30%。粉煤灰中微小颗粒存在可以相当于未水化的水泥颗粒,极细小的微珠相当于活泼的纳米材料,能改善和增强混凝土试件的强度,提高匀质性和致密性。周艳华[72]通过试验验证了粉煤灰掺于再生骨料混凝土中可以用作粗骨料制备高钙粉煤灰基地聚物混凝土,但其强度略低于天然骨料制备的地聚物混凝土,在实际工程中,粉煤灰掺入混凝土的应用已经有很多。
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2.2 立方体抗压强度试验
本试验的设计操作等一系列程序都是按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)[73]的规范要求进行的。对各强度指标进行试验研究,共设计了 12组,每组 3 个150mm × 150mm × 150mm立方体试件,测其立方体抗压强度,并按规范取三个试件的算数平均值作为该组试件的立方体抗压强度值,试件在标准条件下养护 28天后,从养护地点取出,并把试块的上下承压面擦拭干净打磨光滑,然后在辽宁工业大学型号为 YAW-500kN 的电液伺服压力机上进行试验,如图 2.4 所示,试验过程应均匀地加载,加载速率为 11.25kN/s-18kN/s。从图 2.5 中可以看出在其他因素不变时,粒径对立方体抗压强度的破坏形式很明显,随着最大粒径的增大,破坏形式越大,剥落面积越大,(d)图的破坏面大于(b)图的破坏面大于(a)图的破坏面,说明再生骨料取代率相同时,粗骨料最大粒径越小的试件能承受更大的极限承载力;在最大粒径相同时(b)图比(c)图的破坏面大很多,说明再生骨料的强度远远低于天然骨料的强度,在骨料最大粒径相同时,再生骨料混凝土试件能承受更小的极限承载力。
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3 不同因素下增强筋与再生混凝土粘结锚固性能研究......... 27
3.1 试验材料及试件..... 27
13.2 拉拔试件破坏形式.......... 32
3.3 锚固区粘结应力分布...... 37
3.4 试验结果与粘结应力-滑移曲线....... 39
3.5 本章小结........ 50
4 增强筋与再生混凝土粘结滑移本构关系........... 52
4.1 增强筋粘结滑移本构关系....... 52
4.2 本章小结........ 56
5 结论与展望..... 57
5.1 结论....... 57
5.2 展望....... 57
 
4 增强筋与再生混凝土粘结滑移本构关系
 
国内外对粘结应力-滑移本构关系的研究已经有很多,针对本文几个综合因素队粘结应力-滑移本构关系的研究还很少,国内外学者经过大量的试验与理论的分析,为了更准确的拟合适用的本构关系,提出了多种曲线形式的分析模型,即多项式、指数式、三角函数等等。从第一章可知,粘结滑移本构模型现已有国内的高丹盈模型[84]、张海霞模型[85]以及连续曲线模型和国外学者总结的 Malver 模型、BPE 模型、改进 BPE 模型、CMR 模型。本试验在已有相关粘结滑移本构模型的基础上,通过对再生骨料取代率、粗骨料粒径以及锚固长度三因素的影响关系中,利用拟合曲线与试验曲线的对比,总结出适合本试验的粘结应力-滑移本构模型。
 
4.1 增强筋粘结滑移本构关系
根据本次试验拔出破坏试件的破坏形式,并结合大量试验研究的基础之上[86,87],特提出的 τ s曲线,结合粘结机理破坏类型可以分为两种本构模型,并根据第 3.3 章中粘结-滑移曲线的特征,总结出适合本试验的粘结滑移和本构模型。第一种如图 4.1,是发生拔出破坏的本构模型,有上升段和下降段,第二种是发生劈裂破坏的本构模型,只有上升段,如图 4.2。如图 4.1,图 4.2 所示,上升段呈表现出随着自由端滑移量的增大,平均粘结应力不断增大,且增大速度很快,呈现非线性变化趋势。此阶段的粘结机理是摩擦力和机械咬合力起主要作用,随着荷载的不断增大,平均极限粘结应力增大的速度逐渐下降并很快达到峰值应力(uτ ),这说明在这个过程中摩擦力与机械咬合力逐渐被破坏。
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结论
 
本文通过研究再生骨料混凝土的力学性能以及增强筋与再生混凝土之间的粘结性能,改变再生骨料取代率、粗骨料粒径以及筋材的锚固长度三个因素,通过分析力学性能试验和中心拉拔试验数据,可得到如下几个结论:
(1)随着再生骨料取代率的增大和粗骨料粒径的逐渐增大,混凝土强度都有逐渐减小的趋势,但减小的幅度并没有一定的规律,再生混凝土的弹性模量随再生骨料取代率的增大呈现下降的趋势。
(2)通过对比中国规范中弹性模量公式,肖建庄和胡波提出的再生混凝土弹性模量公式以及本试验中得出的弹性模量,发现:中国规范公式计算出的弹性模量值普遍大于再生混凝土弹性模量,而肖建庄和胡波公式计算出的再生混凝土弹模比较相近,本试验得出的弹性模量随取代率的增大而减小,说明再生粗骨料取代率的增大会降低混凝土的弹性模量进而影响混凝土强度。
(3)通过中心拉拔试验的结果得出四中破坏类型,即为拔出破坏、劈裂破坏、拔出劈裂破坏、筋断破坏。在这几种类型中,发生拔出破坏的试件约为 73.8%,占据一半以上,而拔出破坏为比较理想的破坏类型。
(4)通过分析本试验粘结滑移曲线,总结出再生骨料取代率、粗骨料粒径和粘结锚固长度三因素对粘结性能的影响,以及钢筋混凝土与 BFRP 筋混凝土对粘结性能的影响,通过筋材内贴应变片的试验结果得出本试验的粘结应力分布曲线经历了上升段、平稳段与下降段,BFRP 筋与再生混凝土的粘结应力较之钢筋与再生混凝土的粘结应力更为稳定。根据粘结-滑移曲线找出适合本试验的粘结-滑移本构模型,并通过试验曲线与拟合曲线的对比,发现试验曲线与拟合曲线吻合较好。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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