再生粗骨料取代率对约束再生混凝土动态力学行为的影响

通过箍筋约束再生混凝土棱柱体动态力学性能试验,获取不同再生粗骨料取代率下约束再生混凝土单轴受压动态应力-应变关系全曲线|研究取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律。不同再生粗骨料取代率、体积配箍率或应变率下约束再生混凝土应力-应变曲线形状无明显区别,曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显。随着再生粗骨料取代率的增加或应变率的提高,下降段曲线随之变陡|箍筋约束在很大程度上可以改善再生混凝土的脆性,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓。再生粗骨料取代率对受压峰值应力和极限应变的影响规律不明显|随着再生粗骨料取代率、加载速率或箍筋约束的提高,约束再生混凝土受压峰值应变均随之增大。初步提出受压峰值应变的再生粗骨料取代率影响因子模型。根据初始弹性模量变化规律,提出不同取代率下约束再生混凝土受压初始弹性模量计算公式。     

动态荷载下约束再生混凝土本构关系试验研究及其应用

通过箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验,获得了应力-应变试验曲线,研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。基于试验结果,提出了考虑应变率效应、约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土(CRAC)单轴受压应力-应变关系模型。将提出的CRAC材料模型应用于再生混凝土结构的动力非线性分析。结果表明:结构动力分析结果和已有试验结果吻合较好,考虑应变率效应后,其计算结果与试验结果更为接近,更能真实地反映结构在地震动下的力学行为。验证了计算程序的可行性,以及所建议的CRAC材料模型的合理性,为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供参考。     

箍筋约束再生混凝土力学行为分析

通过箍筋约束再生混凝土方形截面短柱动态力学性能试验,获取动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变关系全曲线;不同箍筋约束和应变率下,约束再生混凝土应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓,随着应变率的提高,下降段曲线随之变陡。在外荷载作用下,当箍筋约束再生混凝土达到峰值应力时,箍筋应力仍低于屈服强度;再生混凝土通过箍筋约束后,很大程度上解决了再生混凝土延性比普通混凝土延性较低的问题。随着箍筋约束效应或应变率的增加,受压峰值应力均随之增加。根据应力-应变曲线特征点参数变化规律,初步提出约束再生混凝土受压峰值应力动态约束因子模型。随着体积配箍率的提高或箍筋间距的减小,箍筋约束效应对动态约束因子的贡献均随之增加。     

箍筋约束再生混凝土受压应力-应变本构关系模型

为获得箍筋约束再生混凝土受压应力-应变关系曲线,对17个足尺再生混凝土圆形截面柱进行轴心受压试验,再生粗骨料取代率为50%,加载应变率为(10-6~10-4)/s,主要变化参数为纵筋配筋率和箍筋约束水平。结果表明：箍筋约束再生混凝土的初始弹性模量主要与棱柱体抗压强度有关,棱柱体抗压强度越高,初始弹性模量越大;峰值应力在箍筋侧向约束下显著增大,提高幅度为侧向压应力的4.17~8.77倍,当箍筋提供的侧向压应力较小时,峰值应力增大程度较大,当箍筋提供的侧向压应力较大时,峰值应力增大程度较小;峰值应变随配箍水平增大呈增大趋势。基于试验数据,提出了箍筋约束再生混凝土受压本构关系模型,上升段与Mander模型一致,下降段中引入曲线形状参数,以调整曲线陡峭程度,结果表明,所提出的约束本构关系模型与试验曲线吻合良好,可较好地反映再生混凝土下降段较为陡峭的特点。     

箍筋约束轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线研究

为研究轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线,考虑箍筋约束效率的影响,以有效侧向约束应力与非约束轻骨料混凝土强度之比为参数,建立了适用于轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变和下降段代表点计算模型,给出了轴心受压应力-应变曲线峰值点时箍筋实际应力计算方法;根据箍筋约束轻骨料混凝土应力-应变曲线的特点,基于箍筋强度和混凝土强度,通过试验数据拟合给出了曲线下降段特征点的计算模型;完成12个不同配箍形式和配箍率的箍筋约束轻骨料混凝土试件轴心受压试验研究,对比分析了建议计算模型和典型模型。研究结果表明：对于轻骨料混凝土,约束混凝土应力达到峰值时箍筋未屈服;建议的箍筋应变计算模型可较好地用于峰值点时箍筋实际应力的计算,基于所给出的轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变、下降段代表点及箍筋实际应力计算方法得出的建议模型能够较好地表达箍筋约束轻骨料混凝土轴压应力-应变全曲线趋势。     

再生混凝土的单轴压缩动态力学性能EI北大核心CSCD

利用再生粗骨料取代天然粗骨料制备再生混凝土,开展了单轴受压动态力学性能试验,研究了应变速率、再生骨料取代率对再生混凝土应力-应变曲线特征、弹性模量、抗压强度和峰值应变的影响.利用统计损伤模型分析了再生混凝土的细观损伤演化规律.结果表明:不同应变速率下再生混凝土的单轴压缩应力-应变全曲线具有相似性,随着应变速率的提高,其抗压强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变则逐渐减小;当取代率为100%时,再生混凝土表现出更显著的应变速率敏感特性;随着应变速率的提高,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与微结构应变率效应机理、宏观非线性本构行为之间表现出良好的一致性.     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

内圆外方双层箍筋约束下的混凝土轴心受压力学试验研究北大核心

对12组不同形式的箍筋混凝土柱进行轴向受压力学试验,按照箍筋类型不同分为四组对比做其破坏条件和破坏状态,研究了不同配箍率对混凝土承载力的影响,以及箍筋形状对承载力的影响,得到应变-应力曲线。试验表明双层箍筋柱约束的混凝土强度明显优于单层箍筋,发现配箍率特征值的提升可以提高其延性,但效果不甚明显,内部圆形的箍筋形式更易提高承载力。同时通过有限元软件对箍筋约束下的混凝土力学性质进行分析,通过对约束混凝土轴心受压状态下的破坏极限及变形形式进行模拟,模拟结果试验结果相一致。     

T形钢管再生混凝土短柱的有限元分析

以再生粗骨料取代率和钢管壁厚为主要变化参数,研究T形钢管再生混凝土短柱的轴压性能,应用有限元软件ABAQUS对轴压短柱试件进行了模拟,分析了再生骨料取代率和钢管壁厚对钢管再生混凝土轴压短柱力学性能的影响,得出构件核心区混凝土的荷载-变形曲线和应力-应变曲线的变化规律。结果表明:同T形钢管普通混凝土短柱相比,T形钢管再生混凝土短柱表现出较好的力学性能;钢管混凝土轴压短柱中钢管和混凝土相互作用的机理同样适用于T形钢管再生混凝土轴压短柱;当核心区为再生混凝土时,需要钢管的约束力更大。     

偏心受压箍筋约束混凝土柱正截面承载力计算方法

为考察约束混凝土柱偏心受压性能,收集了16个该类柱的试验结果。这16个试件的混凝土抗压强度为45.1MPa～84.2MPa,箍筋屈服强度为323MPa～1120MPa,箍筋直径为6mm～8mm,箍筋间距为40mm～75mm,体积配箍率为1.81%～3.1%。发现约束混凝土偏心受压承载力试验值较不考虑箍筋约束效应影响的计算值高,且高出幅度随体积配箍率的增大而增大。发现基于高于峰值压应变后认为压应力水平不变的约束混凝土受压应力-应变关系,按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)所得约束混凝土柱偏心受压承载力计算值与试验值吻合良好。     

再生混凝土框架结构恢复力特征参数的应变率效应分析

文章在前期研究工作基础上,采用提出的再生混凝土动态本构关系数学模型和非线性有限元数值模拟方法,深入分析了结构恢复力行为受应变率和再生粗骨料取代率影响的变化规律,提出了综合考虑应变率和再生粗骨料取代率的恢复力特征参数计算模型。通过对特征参数定量对比和分析,分别给出了不同再生粗骨料取代率下屈服荷载和变形的应变率影响因子计算公式。通过对再生混凝土结构延性受应变率和再生粗骨料取代率影响的变化规律量化分析,给出了位移延性系数的应变率影响因子计算公式。通过对所建议模型预测分析,并与试验结果进行校核,验证了计算模型的合理性。文章的研究工作为再生混凝土率敏感性等基础性问题研究提供理论依据,同时以期为再生混凝土的推广、工程应用以及抗震优化设计提供技术支撑。     

Long term performance of recycled concrete beams with different water–cement ratio and recycled aggregate replacement rate

The purpose of this study is to reveal the service performance of recycled aggregate concrete (RAC) components for different values of water−cement ratio and replacement rate of recycled coarse aggregate (RCA). Generally, the concrete strength decreases with the increase of the replacement rate of RCA, in order to meet the strength requirements when changing the replacement rate of RCA, it is necessary to change the water−cement ratio at the same time. Therefore, the axial compressive strengths of prism with 25 mix proportions, the short-term mechanical properties and long-term deformation properties of reinforced concrete beams were tested respectively by changing water−cement ratio and RCA replacement rate. The bearing capacity and the strain nephogram of samples under different loads were obtained using the Digital Image Correlation (DIC) method, and a self-made gravity loading experimental device was used for long-term deformation investigation. Results showed that the damage pattern of RAC was the same as that of natural aggregate concrete (NAC), but the brittleness was more pronounced. The brittleness of concrete before failure can be reduced more effectively by adjusting the replacement rate of RCA than by adjusting the water−cement ratio. The water−cement ratio has an evident influence on the axial compressive strength and early creep of concrete, while the replacement rate of RCA has a remarkable effect on the long-term deformation of the concrete beams.     

回弹法检测再生混凝土抗压强度研究

针对再生粗骨料取代率分别为0％，30％，50％，70％和100％的150块再生混凝土试块，采用普通混凝土回弹仪进行了抗压强度检测试验研究。研究结果表明，回弹法可以用于再生混凝土抗压强度检测。通过采用多种回归模型进行比较分析，得到了再生混凝土统一测强曲线公式。定量分析表明，其测试精度满足混凝土质量控制要求。为反映再生粗骨料取代率的影响，文中还给出了按再生粗骨料取代率分类的测强曲线及回归方程。最后，对比了再生混凝土与普通混凝土全国统一曲线。结果表明，再生混凝土的表面硬度小于普通混凝土，但其随抗压强度增加的速度快于普通混凝土。     

Theoretical study on mechanical behavior of steel confined recycled aggregate concrete

A theoretical study of the mechanical response of recycled aggregate concrete (RAC) confined by steel tubes under axial compression is conducted to examine the sensitivity of the confining pressure on the strength and deformation of RAC. The main parameter in this analysis is the recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage. The axial stress–strain relationship of confined RAC is obtained based on the elastoplasticity and verified by experimental results. It is found that the development of the confining pressure can be divided into three sections: linear increase, nonlinear increase and relatively smooth increase. The mechanical proprieties of confined RAC are dependent on the variation of the confining pressure. The analysis results indicate that the assumption of constant confinement or elastic–plastic confinement is not appropriate for concrete confined by steel tubes and the RCA replacement percentage has a moderate effect on the mechanical response of the confined concrete. Finally, a simple model for the constitutive relationship of RAC under varying pressures and different RCA replacement percentages is proposed.     

Bond behavior of H-shaped steel embedded in recycled aggregate concrete under push-out loads

Twenty two push-out tests were carried out in order to investigate the bond behavior between H-shaped steel and recycled aggregate concrete (RAC). Eleven kinds of recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratios (i.e., 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, and 100%) were designed in the test, and considering different categories of bond position of H-shaped steel, concrete protective cover thickness, stirrup reinforcement ratio, source and size of RCA were also selected. The load-slip curves at the loading end and free end were obtained; in addition, the distribution of H-shaped steel strain and the bond stress along the embedded length were analyzed. The bond strength in this investigation is related to the RAC cube compressive strength, and as a result, the interface bonding increases with RCA replacement ratio increasing. The bond strengths between different parts of H-shaped steel and RAC can be disparate: (1) the largest bond stress is located at the inside interface of the flange of H-shaped steel; (2) the second one is on the outside interface of the flange of H-shaped steel; (3) the bond stress between web of H-shaped steel and recycled coarse aggregate concrete is the smallest. What’s more, it was found that the ultimate and residual bond stresses can be enlarged due to the stronger grip action with increasing of concrete protective cover thickness and larger constrained effect with expanding the stirrup reinforcement ratio. The RCA serving age has a negative effect on the bonding performance, and when the size of RCA reduces, the ultimate bond strength decreases accordingly. Finally, four calculation models applied to predict the bond strength for all the specimens and the component of bond stress between shape steel and RAC is derived through the law of periodic transmission.     

再生混凝土单轴受拉性能试验研究

通过5组再生混凝土棱柱体试件的单轴直接拉伸试验,探讨了相同有效水灰比之下,再生粗骨料取代率对再生混凝土抗拉强度与变形的影响规律.结果表明,随着再生粗骨料取代率从0增加到100%,再生混凝土的抗拉强度与受拉原点切线模量逐渐下降,而峰值拉应变呈略微增加趋势.在对试验数据进行统计回归的基础上,最后提出了包括受拉本构关系在内的再生混凝土受拉性能计算公式,该公式可在再生混凝土结构和构件的非线性分析中参考使用.     

再生混凝土骨料咬合模型修正及其参数分析

为分析再生混凝土中再生粗骨料咬合机制,基于Walraven提出的普通混凝土骨料咬合模型,提出了考虑再生粗骨料原始混凝土强度的再生混凝土骨料咬合修正模型。结合再生混凝土界面剪切试验结果,确定适用于再生混凝土的骨料咬合模型关键参数。理论分析结果与试验结果对比表明,修正的骨料咬合模型对于界面剪切作用的预测值较普通混凝土及再生混凝土的试验值均偏高,修正的骨料咬合模型较适用于对再生混凝土剪切作用的预测。在再生混凝土剪切作用理论计算中,需按实际裂缝开展情况对骨料咬合作用进行折减,折减系数取值范围为0.7~0.9。采用修正的再生骨料咬合模型及计算方法展开变参数分析发现,再生粗骨料性能对骨料咬合作用有重要影响,即再生粗骨料原始混凝土强度越高,旧砂浆含量越低,再生粗骨料咬合作用越强。     

再生混凝土徐变试验及老砂浆影响机理研究

通过改变再生粗骨料取代率(0%、50%、100%),对再生混凝土的徐变性能进行试验研究,并在此基础上,针对再生混凝土徐变高、离散性大的特点,采用分相研究的方法对再生混凝土徐变过程中天然骨料、老砂浆和新砂浆的相互作用机制进行研究,从而揭示了再生混凝土的徐变机理,建立了反映老砂浆影响机理的再生混凝土徐变预测模型.结果表明:再生混凝土的徐变度随着再生粗骨料取代率的增加而增加;老砂浆的徐变及其含量对再生混凝土的徐变具有较大影响,降低再生混凝土中老砂浆的徐变和含量是实现再生混凝土低徐变的有效途径;模型预测值与试验值的对比表明,所建立的预测模型可以较好地预测再生混凝土的徐变.     

再生混凝土收缩徐变试验及徐变神经网络预测

试验研究了不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的收缩与徐变规律.结果表明：龄期120d时,粗骨料取代率为50%,100%的再生混凝土RAC50,RAC100的收缩总变形值较普通混凝土分别增加17%,59%;徐变持荷90d时,再生混凝土RAC50,RAC100的徐变变形值较普通混凝土分别增加12%,76%.将徐变试验数据与RILEM B3,ACI 209R 92,CEB FIP(90)等徐变预测模型进行对比,并结合试验结果对RILEM B3模型进行了修正.采用BP神经网络方法对再生混凝土徐变进行了预测,考察了再生粗骨料取代率、水灰比等对再生混凝土徐变的影响.