再生混凝土梁正截面开裂弯矩理论计算模式

再生混凝土梁正截面开裂弯矩理论计算模式

新混凝土不仅可以节省天然木材，保护生态环境，还可以解决由于废物混凝土处理不充分而造成的环境污染问题。因此,生产使用再生混凝土是保持建筑业可持续发展的重要举措之一。国内外对再生混凝土梁的开裂弯矩进行了一些试验研究,但未给出再生混凝土梁开裂弯矩计算方法。现以30根梁试验为基础,结合理论分析,得出再生混凝土梁开裂弯矩计算公式,为实际工程应用提供参考依据。1再生混凝土梁的应变能梁的抗裂性能与混凝土的极限拉应变有直接关系。因此,研究再生混凝土梁的开裂弯矩时,所采用的再生混凝土受拉应力-应变关系是至关重要的。但是目前国内外还未见再生混凝土受拉应力-应变全曲线的报道。文研究表明,再生混凝土受拉峰值应变大于普通混凝土的,但是未得到再生混凝土受拉极限应变。文研究表明,再生混凝土受拉极限应变与普通混凝土的差不多。因此假设再生混凝土受拉应变达到1.5倍峰值应变时开裂,即极限应变是峰值应变的1.5倍,不同于普通混凝土的2倍。另外假定混凝土即将开裂时受压区应力图形为三角形,受拉区应力图形为梯形,再生混凝土梁开裂时应变、应力图见图1。由图1,建立水平力的平衡方程:12bxxh-x23fRt=23b(h-x)fRt(1)12bxxh−x23fRt=23b(h−x)fRt(1)解得受压区高度x=0.485h,顶面最大压力为1.413ft,开裂弯矩为:ΜRcr=1.338W0fRt(2)MRcr=1.338W0fRt(2)式中:W0为截面抵抗矩,对于矩形截面W0=bh2/6;fRtRt为再生混凝土抗拉强度。由式(2)得到再生混凝土梁截面抵抗矩塑性影响系数γRmRm=1.338,这个值比普通混凝土的1.55小,说明当峰值应变增大、极限应变不变时,截面抵抗矩塑性影响系数减小。可知,再生混凝土梁的抗裂性能比普通混凝土差。但由于文中所用的再生混凝土受拉本构模型是假定的,另外上述分析中也未考虑混凝土中钢筋的影响,因此,再生混凝土梁开裂弯矩计算式(2)还需通过试验进一步修正。2混凝土砌块的共轭弯曲试验2.1混凝土的基本性能再生粗骨料来自某废旧钢筋混凝土梁,经人工破碎、筛分得到,其基本性能见表1。水泥为42.5R普通硅酸盐水泥。细骨料为普通中砂。纵向受拉钢筋为HRB335,箍筋和架立筋为|○6|○6。纵向受拉钢筋强度试验值见表2。2.2试件设计及加载试验共设计制作了30根梁,其中3根为普通混凝土梁,27根为再生混凝土梁,再生骨料取代率100%。试件的截面尺寸均为120×200,长1.5m,支座跨度1.2m。试件设计所考虑的因素主要为骨料类型、混凝土强度和纵筋配筋率,试件参数详见表3。试件采用三等分加载,荷载通过传感器量测。当在加载过程中第一次出现裂缝时,取前一级荷载值作为开裂荷载实测值;当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时,取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为开裂荷载实测值;当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时,取本级荷载值作为开裂实测值。2.3试验结果的分析2.3.1荷载-混凝土应变关系由表3可知,L01和L12,L02和L23,L03和L63,除所用的材料不同外,其他参数相近,这样比较可以排除其他因素的影响。图2为其中两组梁的荷载-混凝土应变关系。从图2可以看出,当梁达到相同的荷载时,再生混凝土梁受拉侧的混凝土应变要明显大于普通混凝土梁的,也就是说,当受拉侧混凝土达到极限应变即开裂时,再生混凝土梁的荷载比普通混凝土梁小。从表3可以看出,在相同条件下,再生混凝土梁的开裂弯矩比普通混凝土的小25%左右。2.3.2相同的条件相同由表3可知,L21,L41,L51;L22,L32,L52;L14,L34,L54三组只有混凝土抗压强度不同,其他条件相同。再生混凝土梁开裂弯矩随混凝土抗压强度的增大而增大,这与普通混凝土相同,因为混凝土抗压强度越大、抗拉强度越高,抗裂性能越好。L11,L12,L13;L21,L22,L23,L24;L61,L62,L63三组只有纵筋配筋率不同,随着配筋率增大,再生混凝土梁的开裂弯矩随之增大。因为纵筋配筋率越大,换算截面越大,开裂弯矩越大。2.3.3再生混凝土梁—再生混凝土梁开裂弯矩计算公式由以上分析可知,影响再生混凝土梁开裂弯矩的因素为混凝土强度和截面配筋率。参考普通混凝土梁开裂弯矩计算方法,混凝土强度影响用抗拉强度指标反映,纵筋配筋率影响通过换算截面来反映。再生混凝土梁开裂弯矩表示为:ΜRcr=γRmW0fRt(3)根据文中试验结果,由式(3)回归出再生混凝土梁截面抵抗矩塑性影响系数γRm的均值为1.224,方差为0.14,变异系数为0.31。再生混凝土抗拉强度fRt取本试验实测值,再生混凝土梁受拉边缘截面抵抗矩W0按换算截面计算。因此,由试验结果修正的再生混凝土梁开裂弯矩计算公式为:ΜRcr=1.224W0fRt(4)3土梁的开裂弯矩计算为验证式(4)的适用性,对其他研究者的试验数据进行整理,用式(4)计算这些再生混凝土梁的开裂弯矩。将计算值与他们的试验值对比,结果见表4。从表4可以看出,按式(4)得到的计算值与试验值吻合较好,试验值与计算值之比的均值为0.98,方差为0.02,这表明式(4)具有适用性。进行可靠度分析后,式(4)可以用于再生混凝土梁开裂弯矩的设计。4再生混凝土梁正截面开裂弯矩试验(1)理论分析和试验结果表明,再生混凝土梁开裂弯矩小于普通混凝土梁。在相同条件下,再生混凝土梁开裂弯矩比普通混凝土梁小25%左右。(2)根据27根再生混凝土梁的试验结果,分析了混凝土强度和截面配筋率对再生混凝土梁开裂弯矩的影响。回归了再生混凝土