含砖骨料预制再生混凝土叠合梁抗弯性能试验研究

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我国每年新建房屋建筑施工面积达到了几十亿平方米,同时每年产生以亿吨为单位的建筑垃圾,如何实现建筑垃圾资源化利用成为我国一大难题。将建筑垃圾破碎成再生骨料(RecycledConcreteAggregates,简称为RCA),用于制备再生混凝土(RecycledAggregateConcrete,简称为RAC),能有效减缓大量建筑垃圾和日益匮乏的自然资源的问题。但由于RCA含有较多的烧结砖,同时RCA的强度比天然骨料(NaturalAggregates,简称为NA)低,这些不利条件会降低混凝土的力学性能。现阶段RAC构件的实际应用很少,且RAC的构件研究也主要集中在柱子上,对梁的研究还比较少。
  随着我国大力推广装配式建筑,本文将建筑垃圾应用于装配式混凝土叠合梁中。现阶段已有一些RCA应用于混凝土叠合梁中的研究成果。由于梁抗弯时受拉区混凝土出现裂缝后即退出工作,则为该部分采用更次的材料(如RCA)提供可行性思路。但值得指出,现阶段研究成果都聚焦于预制部分采用普通混凝土(NaturalAggregateConcrete,简称为NAC)、后浇部分采用RAC,RAC强度低,离散性大,这样的设计方法未充分考虑RAC和NAC的优劣。本文采用预制部分为RAC、后浇部分为NAC的预制RAC叠合梁,这样既考虑了两种混凝土的各自优劣,同时也更符合实际工程情况,但相关研究几乎没有。
  本文提出了一种预制部分为RAC、后浇部分为NAC的预制RAC叠合梁,并探索预制部分掺钢纤维对预制RAC叠合梁的影响,探究此类叠合梁的抗弯性能。本文设计了10根1:2缩尺(125mm×250mm×2500mm)的试件梁,其中NAC叠合梁2根、预制RAC叠合梁6根、掺钢纤维预制RAC叠合梁2根。试验变量有:1)混凝土强度等级:C35和C45;2)预制部分含砖再生粗骨料(RecycledConcreteAggregateswithBrickAggregate,简称为RCA-BA)取代率:0%、33.3%、66.7%和100%;3)预制部分钢纤维掺入量:0kg/m3和70kg/m3。结果表明:预制部分RCA-BA取代率的增加不会明显改变混凝土叠合梁的承载力,但开裂弯矩有所降低。预制部分RCA-BA取代率的增加会加速裂缝发展,裂缝宽度扩展更大、间距更密集,同时导致延性略微降低,最低下降7%,但不会明显削弱梁的开裂后刚度,各梁的极限状态也没有区别。含砖骨料预制再生混凝土(RecycledAggregateConcretewithBrickAggregates,简称RAC-BA)叠合梁的承载力可以采用现行规范,但须更注重适用性的要求,更须注重裂缝宽度验算。在梁中掺入钢纤维可以明显提升其开裂荷载,同时有效减缓裂缝发展速度,但对梁的抗弯承载力没有明显贡献;钢纤维掺入后梁在开裂后至屈服前的刚度不稳定,表明预制部分钢纤维与混凝土的共同锚固在开裂后仍能提供一定的刚度。实际工程中可以在预制RAC叠合梁的预制部分采用较高取代率的RCA,对工程适用性缺陷方面可以采用预制部分掺钢纤维实现。
  本文还采用Abaqus有限元软件对预制RAC-BA叠合梁进行了模型建立与分析,分析了梁应力分布情况,并将有限元分析得到的弯矩-跨中位移(M-Δ)曲线与试验曲线进行了对比,验证有限元模拟的准确性和可靠性,并进一步佐证了试验结论的正确性。同时本文还通过Abaqus进行了其他变量——预制部分RCA-BA取代率、纵筋配筋率和后浇部分高度的模拟,模拟结果发现预制部分RCA-BA取代率的增加对梁的力学性能变化不大;纵筋配筋率的增加导致延性剧烈降低,刚度和承载力值开始提高,但超筋后提高程度趋于平缓;后浇部分高度增加时,刚度和延性出现了先降低后升高的情况。
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