再生混凝土梁抗裂性能及裂缝宽度研究.ppt

再生混凝土梁抗裂性能和裂缝宽度研究 姓名 杨曦学号 010240329指导教师 吴瑾教授 再生混凝土梁抗裂性能和裂缝宽度研究 一 绪论二 混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的基本理论三 国内外混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的研究现状综述四 再生混凝土梁裂缝的试验设计五 再生混凝土梁抗裂度有限元分析六 总结与展望 一 绪论 1研究意义和目的近年来 随着国民经济持续快速地发展 大量旧建筑物被拆除 每年拆除的旧有 新建的建筑所产生的垃圾约8000万吨以上 在所有的建筑垃圾中 废弃混凝土的量是最大的 约占1 3 随着我国经济建设步伐的进一步加快 今后废弃混凝土块仍有增多的趋势 废弃混凝土的巨大处理费用和由此引发的环境问题已十分突出 成为城市的一大公害 一 绪论 2 再生混凝土研究现状及存在问题早在第二次世界大战之后 世界上一些发达国家 就开始了废弃混凝土回收再利用的研究 已召开过三次废弃混凝土再生利用专题方面的国际会议 提出混凝土必须绿色化 一 绪论 我国对再生骨料的研究较晚 现在也已经成为混凝土研究领域中的一个热点 我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略 也鼓励废弃物的研究和应用 虽然我国在一定时期内不会出现混凝土骨料原料的缺乏的问题 但是建筑垃圾带来的环境污染问题越来越严重 使得我国政府已经开始了建筑垃圾资源化利用的研究 一 绪论 再生骨料具有孔隙率高 吸水性大 强度低等特征 这与天然骨料的性质相差较大 因此导致再生混凝土在应用中存在一些问题 1 强度低 2 收缩率大 3 耐久性 4 造价问题 二 混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的基本理论 1裂缝的成因 荷载作用 施工 构造和环境条件等非荷载因素2裂缝的控制我国规范规定 在设计钢筋混凝土构件时 应根据其使用要求确定控制裂缝的3个等级3构件的开裂内力已知构件的截面尺寸和材料 确定其开裂时的内力 是验算构件是否出现裂缝和计算开裂构件的裂缝间距和宽度所必需的 二 混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的基本理论 规范给出的开裂弯矩以及裂缝宽度的公式如下开裂弯矩 裂缝宽度 三 国内外混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的研究现状比较与分析 为了借鉴其他种类混凝土梁的裂缝研究方法 本文是在参考阅读 比较与分析了34篇 英文6篇 关于梁裂缝性能的文献的基础上完成的 其中普通混凝土10篇 高强混凝土5篇 纤维混凝土10篇 轻骨料混凝土6篇 再生混凝土3篇 1 普通混凝土 丁大均 赵国藩 蓝宗建等人对普通混凝土梁在短期及长期荷载作用下的开裂及裂缝开展 裂缝宽度等性能作了详细的研究 他们通过大量的试验 得出了关于梁开裂弯矩及裂缝宽度的经验公式 并且他们提出的公式已被收入我国的普通混凝土的设计规范中 1 普通混凝土 很多文章指出了影响混凝土梁裂缝宽度的主要因素 对于再生混凝土梁 影响其裂缝宽度和抗裂性能的主要因素应该和普通混凝土大致相同 因此 通过试验来研究再生混凝土梁的方案可以近似的采用普通混凝土的试验方案 所以普通混凝土梁的裂缝研究方法是本文研究再生混凝土梁的裂缝的重要基础 2 高强混凝土 蒋永生 梁书亭 姜宁辉等人对高强混凝土梁的裂缝性能进行了研究 对于高强混凝土 由于混凝土的强度变高 因此高强混凝土梁的抗裂性能以及裂缝宽度与普通混凝土相比有较大的区别 国内外的文献大多认为高强混凝土梁的抗裂性能要高于普通混凝土梁 且其裂缝宽度也普遍小于普通混凝土梁 但由于高强混凝土性质发生改变 其脆性相对普通混凝土加大 在此状况下 其裂缝的研究国内外却很少 此外 对于高强混凝土与普通混凝土的差异性的研究 在研究中考虑了哪些改变的因素 这一方面在本文研究再生混凝土的梁的裂缝性能有借鉴价值 3 纤维混凝土 纤维混凝土的种类很多 有在混凝土中加入增强纤维来改善梁抗裂性能的方法 还有利用玻璃钢纤维筋直接代替钢筋的方法以改变钢筋由于锈蚀而在裂缝方面的不利因素 高丹盈 赵军 袁勇等人对纤维混凝土梁的裂缝性能进行了研究 3 纤维混凝土 纤维加入混凝土 可以提高其抗裂性能 而对于再生混凝土 由于混凝土的骨料改变 抗裂性能也可能改变 因此知道了纤维混凝土梁的裂缝性能的研究方法对于本文研究再生混凝土也有很大帮助 4轻骨料混凝土梁裂缝研究现状 唐兴荣 焦彬如 蔡华等研究者对轻骨料混凝土进行了研究对于轻骨料混凝土 和高强混凝土纤维混凝土相同 文献中大多是通过对轻骨料混凝土梁进行试验 分析试验结果和数据 然后对普通混凝土梁的裂缝公式进行系数修正以得到轻骨料混凝土梁裂缝的相关公式 这也是本文研究再生混凝土梁裂缝的主要方法 5再生混凝土梁的裂缝宽度研究现状 肖建庄 兰阳等对再生混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究 赵伟对再生混凝土与普通混凝土的裂缝性能进行了比较 但是国内外对再生混凝土梁的裂缝以及抗裂性能的研究仍然很少 即使有文章提到 也只是比较定性的研究 并且没有提出与普通混凝土相衔接的裂缝宽度计算公式 因此 对于再生混凝土梁的抗裂性能和裂缝度有待进一步的深入研究 四 再生混凝土梁裂缝的试验设计 1再生混凝土梁裂缝宽度及抗裂度的理论推导开裂弯矩公式 根据截面的应力应变关系 可以得到开裂弯矩的计算公式 1 再生混凝土梁裂缝宽度及抗裂度的理论推导 其中为再生混凝土的抗拉强度 肖建庄等人的试验研究给出了计算抗拉强度的公式 裂缝宽度公式 2裂缝的影响因素分析 受拉钢筋的应力 钢筋直径和有效配筋率 钢筋保护层厚度 抗拉强度 3试验设计因素 根据裂缝宽度影响因素的分析 本试验拟选取混凝土强度 钢筋直径以及钢筋等级三个参数为再生混凝土梁裂缝及抗裂性能试验的设计因素 3试验设计因素 试验设计因素列表 4试验设备及误差分析 采用20T级千斤顶手动式反向加载系统梁顶部的混凝土平均应变的量测 采用梁顶贴应变片的方法量测梁受拉区的钢筋平均应变 拟用手持式应变仪来测量对于裂缝宽度的测量 采用精度为0 05mm的裂缝读数显微镜观测裂缝宽度 此外 拟采用YHD 50型位移计及CZ 6A型磁性表座测量挠度 其他使用的设备还包括WE 300A液压式万能试验机 YES 3000A数显式压力试验机 位移计测曲率装置 计算机 打磨机 放大镜等 五 再生混凝土梁抗裂度有限元分析 1 模型选择本试验采用SOLID65模拟再生混凝土和LINDK8单元按分离式位移协调模型模拟钢筋 1边界条件及材料性质 加载方式采用三等分点集中加载 边界条件同试验情况相同 采用的再生混凝土梁的弹性模量为普通混凝土降低35 而抗拉强度相对普通混凝土降低10 左右 再生混凝土的泊松比为0 20 普通混凝土泊松比1 6 再生混凝土的极限拉应变 普通混凝土极限拉应变为 建模过程 再生混凝土梁1 2模型图 建模过程 施加边界条件及荷载后的模型 有限元结果分析 L1 L6荷载 应变比较图 有限元结果分析 L3荷载 应变图 有限元结果分析 L7荷载 应变图 有限元结果分析 L10荷载 应变图 有限元结果分析 梁开裂荷载及开裂弯矩值表 有限元结果分析 经过计算机的加载过程 认为当混凝土梁受拉边缘的应变达到其极限应变时混凝土开始出现裂缝 从各个梁的荷载 梁底混凝土拉应变图以及再生混凝土与普通混凝土的荷载应变比较图可以看出 再生混凝土的抗裂弯矩要小于普通混凝土 大约降低10 左右 从图中还可以看出 在相同荷载条件下 再生混凝土的应变值要大于普通混凝土 这与文献中的关于再生混凝土的延伸性能要强于普通混凝土的结论相一直 但是 由于再生混凝土的弹性模量要小于普通混凝土35 左右 所以从总体上看 再生混凝土的抗裂性能要小于普通混凝土 即开裂弯矩小于普通混凝