橡胶混凝土叠合梁试件刚度的优化

橡胶混凝土叠合梁试件刚度的优化

1与传统混凝土叠合构件的比较橡胶集料混凝土（crumbr.cow，简称crc）是一种将橡胶颗粒作为水泥混凝土的原料制备的特殊混凝土。它具有低弹模型、大变形、更好的抗裂性等优点。将CRC与普通混凝土制成叠合构件,使弹性模量小的CRC在下层,组成叠合梁构件(如图1)。橡胶混凝土叠合梁构件和普通混凝土梁相比较:橡胶混凝土叠合构件比普通混凝土更晚达到极限拉力和极限拉应变,其抗裂性明显优于普通混凝土构件。橡胶混凝土叠合梁构件和橡胶混凝土梁相比较:1)橡胶混凝土叠合梁构件由于上层用弹性模量更大的普通混凝土替代橡胶混凝土,增加了梁的刚度,减小了变形,延缓了其破坏。2)减小了橡胶混凝土用量,节约了成本。2试验部分2.1橡胶集料混凝土的配制采用10目(2mm)橡胶集料,表观密度为1050kg/m3。配制橡胶集料混凝土的材料还有:P-O42.5水泥;中砂,细度模数2.55;级配良好的碎石,Dmax=25mm;Ⅱ级粉煤灰;矿粉;UNF高效减水剂。2.2体积掺量的确定试验配合比以不同橡胶集料掺量作为考察重点,体积掺量在0%~15%之间,如表1所示。同时,考虑到工程中广泛应用矿物掺合料,配比中还使用了一定量的粉煤灰和矿粉,同时使用了减水剂。2.3测试方法进行橡胶集料混凝土4点弯曲试验,见图2。2.4试验结果试验结果如表2。3中心拉应变分析用大型有限元分析软件ANSYS对不同橡胶掺量、不同橡胶混凝土层高度的叠合梁进行有限有分析,分析受弯区中心拉应变。如图3。分析结果如表3~表5。4分析4.1橡胶混凝土层承载力分析根据表1~表4,可以求出:Pp:橡胶混凝土底层的承载能力(即:施加大小为Pp的力的时候,橡胶混凝土底层最大拉应变达到其极限拉应变)。Pc:普通混凝土底层的承载能力(即:施加大小为Pc的力的时候,普通混凝土底层最大拉应变达到其极限拉应变)。具体数值见表6~表8。由表5绘制橡胶混凝土层高度-承载力图如图4。橡胶混凝土层承载力和普通混凝土承载力相同的时候,橡胶混凝土层最佳,这点也就是图4中两条曲线的交点(x坐标在20mm左右),当橡胶混凝土层厚度小于20mm时,橡胶混凝土层承载力大于普通混凝土层承载力,承载力应按普通混凝土层承载力计算,应该提高橡胶混凝土层厚度,增大叠合梁承载力。当橡胶混凝土层厚度大于20mm时,橡胶混凝土层承载力小于普通混凝土层承载力,承载力应按橡胶混凝土层承载力计算。由图4可以看出,由于橡胶混凝土层承载力曲线斜率为负值,此时加大橡胶混凝土层厚度只会减小叠合梁的承载能力,而且增加了橡胶用量,提高了成本。所以说,图中两条曲线交点的横坐标就是橡胶混凝土层的最佳高度,纵坐标就是最佳高度下叠合梁的承载能力。同理,可得到当橡胶混凝土层橡胶掺量为10%、15%时各层最大承载力表和橡胶混凝土层高度-承载力关系图。4.2采用插值法对橡胶混凝土层的最佳高度进行定量反算1x[2f]x取x0=10mm,x1=20mm,x2=30mm,那么,相应的F(x)值如表9。则有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=1.28+45(x-0.01)+1950(x-0.01)(x-0.02)=1950x2-13.5x+1.22F(x)=1.741950x2-13.5x-0.52=0解得:x=0.02015m=20.15mm。2fx0检验取x0=20mm,x1=30mm,x2=40mm,那么,相应的F(x)值如表10。则有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=1.69+75(x-0.02)+6000(x-0.02)(x-0.03)=6000x2-225x+3.79F(x)=3.566000x2-225x+0.23=0解得:x=0.3645m=36.45mm。3橡胶掺量和橡胶混凝土层最佳厚度的确定取x0=30mm,x1=40mm,x2=50mm,那么,相应的F(x)值如表10。则有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=2.33+158(x-30)+41350(x-30)(x-40)=41350x2-2736.5x+47.21F(x)=4.2141350x2-2736.5x+43=0解得:x=0.04051m=40.51mm根据上述结果绘制橡胶掺量和橡胶混凝土层最佳厚度层关系曲线图,见图7。4.3叠合梁破坏所需的荷载由ANSYS分析得知:施加荷载10kN时,纯普通混凝土梁的最大拉应变:2.1005×10-4假设:施加荷载P时,纯普通混凝土梁破坏。那么:橡胶惨量为5%,橡胶混凝土层达到最佳高度时,叠合梁破坏所需施加的荷载Pd为:2.1005×1.74×P/2.2224=1.6446P橡胶惨量为10%,橡胶混凝土层达到最佳高度时,叠合梁破坏所