钢-煤矸石混凝土组合梁抗弯性能及其设计方法

采用ABAQUS软件建立钢-混凝土组合梁抗弯性能有限元模型,并利用现有的钢-混凝土组合梁抗弯性能足尺试验结果验证模型的可靠性;进行参数分析,量化自燃煤矸石粗骨料取代率及抗剪连接度等参数对钢-混凝土组合梁抗弯性能的影响;基于有限元分析结果对现行的钢-混凝土组合梁设计方法的适用性进行评述,进而提出钢-自燃煤矸石混凝土组合梁抗弯设计方法。研究结果表明：钢-混凝土组合梁抗弯性能随自燃煤矸石粗骨料取代率的增加而降低,相比钢-普通混凝土组合梁,自燃煤矸石粗骨料取代率为50%和100%的组合梁抗弯承载力分别降低1.1%～2.6%和2.2%～5.4%、抗弯刚度分别降低3.6%～4.7%和8.3%～10.0%;自燃煤矸石粗骨料取代率及抗剪连接度对钢-混凝土组合梁抗弯性能存在耦合影响,随着抗剪连接度的增大,自燃煤矸石粗骨料取代率对组合梁抗弯承载力的影响增大、对组合梁抗弯刚度的影响降低;提出考虑取代率和抗剪连接度影响的组合梁设计方法,可有效预测钢-自燃煤矸石组合梁的抗弯性能,且与钢-普通混凝土组合梁设计方法的预测精度相近。     

型钢再生混凝土梁受弯性能足尺试验

钢-再生混凝土组合梁的受力性能足尺试验研究工作目前尚少。为此，进行了6个型钢再生混凝土梁足尺试件受弯性能试验，各试件尺寸、配筋、内置型钢一致，梁长3 300mm、净跨3 000mm,梁截面高300mm、宽200mm,梁截面内置H型钢的型号为HN200×100×5.5×8。各试件均采用再生粗骨料混凝土，再生粗骨料取代率分为0%、50%、100%,混凝土设计强度等级分为C30、C60。采用三分点加载的方式，试验分析了各试件的承载力、变形及耗能能力，以及设计参数对试件抗弯性能的影响。结果表明：在加载过程中梁内型钢与再生混凝土共同工作性能良好；合理采用再生粗骨料取代率情况下，型钢再生混凝土梁受弯性能和破坏形态与型钢普通混凝土梁接近；提高再生混凝土强度可以显著提高型钢再生混凝土梁的承载力、变形能力和耗能能力。     

再生混凝土梁抗弯性能非线性有限元分析

采用有限元软件ANSYS对再生混凝土梁的抗弯性能进行非线性有限元分析。针对不同的再生粗骨料取代率和纵向受拉钢筋配筋率,在其余试件参数完全相同的情况下,研究再生混凝土梁正截面的抗弯性能。分析结果表明再生混凝土梁与普通混凝土梁的变形和裂缝开展情况基本相同,但抗弯刚度和延性存在差异。随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土梁的抗弯刚度有下降的趋势,但延性有所提高。另外,随着纵向钢筋配筋率的增大,梁的抗弯承载力不断提高,但变形能力逐步下降。最后,再生混凝土梁的抗弯过程与普通混凝土梁基本相同,平截面假定仍然成立。     

再生混凝土叠合梁受弯力学性能试验研究

设计了3根再生混凝土叠合梁,受拉钢筋配筋率分别为0.5%、1.0%、1.5%,预制部分采用普通混凝土,叠合部分采用100%再生粗骨料取代率的再生混凝土。另外设计了1根整浇梁,全部采用再生粗骨料取代率的再生混凝土。通过受弯性能试验,得到挠度和裂缝发展规律以及破坏特征。运用Ansys软件对叠合梁进行了非线性有限元分析。试验结果和数值分析表明,再生混凝土叠合梁的受弯力学性能和普通混凝土梁受弯性能接近,其受弯承载力可采用普通混凝土梁的计算方法进行计算。采用再生混凝土的弹性模量,利用现有规范GB 50010—2002短期刚度计算公式得到的挠度,需乘以0.8的修正系数后才适用于再生混凝土叠合梁。     

钢-煤矸石混凝土组合板受弯性能分析

为研究钢-自燃煤矸石混凝土组合板的受弯性能,基于收集的试验数据与力学性能预测模型,采用ABAQUS有限元软件,建立钢-自燃煤矸石混凝土组合板有限元模型,量化自燃煤矸石骨料取代率等参数对钢-自燃煤矸石混凝土组合板受弯性能的影响,并对现有规范进行适用性验证。研究结果表明,钢板强度和骨料取代率对钢-自燃煤矸石混凝土组合板受弯性能影响显著,ACI 318和AS 3600规范可以较好的预测钢-自燃煤矸石混凝土组合板的抗弯刚度。     

再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对4组再生粗骨料混凝土粱和1组普通混凝土粱的对比试验分析,主要研究在相同混凝土强度下,不同取代率的再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁在抗弯性能上的差异和共同点.试验结果分析表明:再生混凝土梁的受弯过程仍有弹性、开裂、屈服、破坏四个明显的特征;再生混凝土粱的极限承载力小于普通混凝土梁,并随着取代率的增加有减小的趋势;再生混凝土粱的抗弯刚度小于普通混凝土梁;再生混凝土抗裂度比普通混凝土差.     

钢筋再生粗骨料混凝土简支梁的受弯性能试验研究

为了研究再生粗骨料混凝土受弯构件的的抗弯机理和受弯性能,通过对6根不同再生骨料取代率(0%、50%、70%和100%)和不同配筋率(0.68%、0.89%和1.13%)的再生粗骨料混凝土梁受弯对比试验,分析了再生粗骨料混凝土受弯构件的正截面受力、构件变形性能和破坏特征。试验结果表明:再生粗骨料混凝土梁的正截面应变服从平截面假定,在相同的条件下与普通混凝土梁相比,再生混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩和极限承载力基本相同,而再生粗混凝土梁的变形较普通混凝土梁大。     

钢纤维大粒径再生粗骨料混凝土梁受弯性能试验研究

为研究掺入钢纤维的大粒径再生粗骨料混凝土梁的受弯性能,设计了 4根再生混凝土梁,主要设计参数为钢纤维掺量、再生粗骨料取代率、碳纤维布(CFRP布)加固.通过单调加载试验对4根梁的破坏特征、荷载-挠度曲线、钢筋应变以及抗弯承载力进行了研究,并采用ABAQUS有限元软件对4根梁进行了建模分析.结果表明,各试件梁均发生受弯破坏且平截面假定仍然成立;再生粗骨料取代率为50％和100％时,梁的承载力分别提高约8.4％和2.8％,采用碳纤维布加固后梁的承载力提高约7％;ABAQUS有限元软件分析结果与试验结果符合较好,基于现行规范公式得到的各试件梁极限抗弯承载力计算结果与试验结果符合较好,对钢纤维大粒径再生粗骨料混凝土梁设计具有较好的适用性.     

再生混凝土叠合板受弯力学性能试验

设计了3块再生混凝土叠合板,配筋率分别为0.5％、1.0％、1.5％,预制部分采用普通混凝土,叠合部分采用100％再生粗骨料取代率的再生混凝土,叠合面采用人工粗糙面.另外设计了1块整浇板,全部采用100％再生粗骨料取代率的再生混凝土,以进行对比试验.通过受弯性能试验,得到了挠度和裂缝发展规律以及破坏特征.试验结果表明,再生混凝土叠合板的受弯力学性能和普通混凝土板受弯性能接近,其极限承载力可采用普通混凝土叠合板的计算方法进行计算.当配筋率不低于1％时,采用再生混凝土的弹性模量,按现有规范短期刚度公式计算的挠度乘以0.9的修正系数后仍适用于再生混凝土叠合板.     

带钢筋桁架高强再生混凝土板受弯性能试验研究

为研究高强再生混凝土板与普通高强混凝土板受弯性能的差异,进行了4个高强再生混凝土板和2个普通高强混凝土板足尺试件的抗弯性能对比试验。试件的再生混凝土粗骨料取代率100%、细骨料用天然砂,混凝土设计强度等级均为C65,加载方式为三分点单向重复加载。试验分析了各试件的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、裂缝及破坏过程。研究表明:高强再生混凝土板与普通高强混凝土板相比,受弯破坏过程类似,开裂荷载和极限荷载较接近,跨中挠度略大;设置钢筋桁架混凝土板与普通配筋混凝土板相比,开裂后钢筋桁架对裂缝有制约作用,板的极限荷载、后期刚度和延性有所提高;高强再生混凝土板承载力可近似采用混凝土结构设计规范提供的方法,但应乘以与再生粗骨料取代率有关的折减系数,以考虑其长期工作性能与短期试验结果的差异。