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        粉末混凝材質的探究與分解

        作者:翔宇粉末冶金制品

        發布時間:2020-08-27

        來源:本站 閱讀數量:136次 點贊數量:50次

        導讀:翔宇粉末冶金制品有限公司為您提供粉末冶金技術、粉末冶金知識,讓客戶對粉末冶金制品的技術與知識有所了解。

          引言活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete簡稱RPC)是一種新型水泥基復合材料。與普通混凝土、高強混凝土和鋼材相比,具有超高強度、高韌性、高耐久性及良好的抗震和抗沖擊性能等優點,在高烈度地震區,它是一種理想的建筑材料。然而,目前人們對活性粉末混凝土在橋梁應用方面的理論和試驗研究都較少,還沒有成熟的理論和統一的規范。


        粉末混凝材質的探究與分解


          通過5個大比例尺活性粉末混凝土空心橋墩試件在反復荷載作用下的延性性能試驗,研究其破壞形態及縱向配筋率、配箍率對橋墩試件延性性能的影響。
          利用ANSYS建立了空心橋墩的有限元模型,分析了試驗中未考慮的軸壓比、剪跨比、配筋率及混凝土強度對橋墩延性性能的影響,為活性粉末混凝土橋墩的延性研究和設計提供參考。
          1試驗概況試件采用RPC200(抗壓強度140MPa,抗拉強度20MPa,彈性模量4.8104MPa)制作,試件基本參數??v向鋼筋采用HRB335,居中布置,箍筋采用HPB235.試件截面尺寸及鋼筋布置。
          本試驗在北京交通大學結構實驗室進行,試驗加載設備為MTS擬動力試驗系統,具體安裝。試驗加載采用變幅位移加載方式,每一級位移幅值下循環5次,加載波形為三角形,位移加載順序為2,4,6,8,10,13,16,19,22,25,30,35,40,45,50,60(mm)以后的位移增量為10mm,直至試件破壞。
          2試驗結果及分析2.1破壞形態首先,在水平荷載作用下,隨著位移幅值的增加,所有試件均在根部正面出現水平橫向微裂縫;隨著荷載的增加,正面水平裂縫向側面延伸,同時隨著荷載的往復在試件的根部出現斜裂縫,水平裂縫在試件的根部逐漸貫通。由于鋼纖維的阻裂作用,試件根部的裂縫數量逐漸增多且高度范圍逐漸增大。隨著加載位移幅值繼續增加,試件根部混凝土出現大面積壓潰,試件中的部分鋼纖維逐漸拔出,縱筋屈服外鼓,部分縱筋甚至發生斷裂,試件的承載力迅速下降而破壞,整個加載過程中,裂縫處混凝土基本保持裂而不散??傮w來說,破壞過程比較緩慢,試件的延性較好。4號墩和5號墩由于配置了箍筋,在試件的根部出現多道橫向和縱向裂縫,破壞時縱向鋼筋屈曲,箍筋明顯外鼓,混凝土完整程度較好,塑性鉸發育較充分,這說明箍筋對縱向鋼筋和核心區混凝土的約束作用提高了試件的延性。部分橋墩試件的最終破壞形態照片。
          2.2滯回曲線部分試件的P-(荷載位移)滯回曲線如所示,所有試件的滯回環均呈梭形,破壞形態均是彎曲型破壞。P-滯回曲線的主要特點:(1)試件的變形能力很大程度上取決于箍筋對核心區混凝土的約束程度,配箍率越大,箍筋的約束作用越強,則試件的滯回環越豐滿,耗能能力就越強,延性越好。
         ?。?)總體上,試件的卸載剛度和再加載剛度隨著位移幅值的增加而退化加快。而在同一位移幅值下,隨著配箍率的增加,試件的卸載剛度和再加載剛度的退化速度逐漸變緩。
          2.3延性性能從中可以看出,在其他條件都相同的情況下,延性系數由不配箍筋(3號墩)時的3.19增加到配置箍筋(5號墩,箍筋間距50mm)時的5.55,即隨著配箍率的增加,延性系數增大,橋墩的延性增加。就本次試驗而言,延性系數由配筋率2(1號墩)時的2.75增加至配筋率6(2號墩)時的3.89,在一定的范圍內隨著縱筋配筋率的增加橋墩的延性是增加的。
          3延性數值分析3.1計算與試驗結果比較利用ANSYS建立了空心橋墩有限元模型,采用SOLID65單元模擬混凝土,剪力傳遞系數t=05、c=0.95,LINK8單元模擬鋼筋,COMBIN39單元模擬鋼筋與混凝土之間的黏結滑移,加載端及約束處采用SOLID45彈性單元模擬,彈性材料設為鋼材,避免加載過程中出現應力集中。無約束活性粉末混凝土的應力應變關系。由于目前約束活性粉末混凝土的本構關系還未見發表,故本文未對配箍率對試件延性的影響進行數值分析。通過及比較可以看出,在試件發生嚴重破壞前,計算結果與試驗結果吻合較好。
          3.2延性影響因素數值分析由于試驗沒有考慮軸壓比、剪跨比及混凝土強度對活性粉末混凝土空心橋墩延性的影響。因此,本文采用非線性有限元分析研究軸壓比、剪跨比、縱筋配筋率以及混凝土強度對橋墩延性的影響。
          3.2.1軸壓比軸壓比是影響橋墩延性的重要因素之一??梢钥闯?,當軸壓比較小時延性系數變化較小,對于縱筋配筋率為2、4、6的試件,當軸壓比分別小于0.2、0.15、0.1時,試件延性系數變化較小。當軸壓比分別大于0.2、0.15、0.1時,試件延性系數下降較快。其中,隨著軸壓比的增加,配筋率較大的試件的延性下降最快,反之則相對緩慢一些??傮w上隨著軸壓比的增加,試件延性系數隨之減小,延性變差。
          3.2.2剪跨比剪跨比是影響橋墩延性的另一個重要因素??梢钥闯?,隨著剪跨比的增加,橋墩延性系數隨剪跨比增大而增加。當試件的剪跨比大于4.0時,對于配筋率為2、4、6三種試件的延性系數都迅速增加;而當試件的剪跨比小于4.0時,三種試件的延性系數增加趨勢較為緩慢。顯然當剪跨比較小時,橋墩主要發生剪切型破壞,脆性性質明顯,延性較小。剪跨比較大時,橋墩的破壞形態由剪切型向彎曲型轉變,破壞過程較為緩慢,延性增加。
          3.2.3縱筋配筋率從中可以看出,配筋率小于6時,延性系數隨著配筋率的增加而增大;配筋率大于6時,延性系數則隨著配筋率的增加而減小。這是由于縱筋較少時,混凝土開裂后,受拉鋼筋的應力急劇增加,縱筋迅速屈服破壞,試件承載力迅速下降,其延性系數較小。
          縱筋較多時,混凝土開裂后,由于縱筋較多,鋼筋的變形較小,受壓區混凝土被壓碎破壞,試件變形較小,延性系數也較小。從中可以看出,配筋率為6時,試件的延性最好。
          3.2.4混凝土強度活性粉末混凝土的強度目前有RPC200和RPC800兩個等級,故本文只研究這兩個強度對橋墩延性系數的影響。通過分析,在其他條件相同的情況下,混凝土的強度越高,試件的延性系數越小,延性系數由3.68(RPC200)降至3.23(RPC800),亦即墩的延性隨著混凝土強度的提高而變差。
          4結論通過以上的試驗及理論分析,主要結論如下:(1)試件破壞后基本保持裂而不散,混凝土完整程度較好,塑性階段的承載能力和變形能力較好,這說明活性粉末混凝土試件的延性較好,具有較好的抗震性能。
         ?。?)試驗結果表明隨著配箍率的增加,試件的變形能力增強,延性明顯增加,說明增加箍筋是提高橋墩延性的有效措施。
         ?。?)隨著軸壓比的增加,試件延性系數越來越小,延性降低;而隨著剪跨比的增加,試件延性系數越來越大,延性增加。
         ?。?)縱筋配筋率小于6時,延性系數隨著配筋率的增加而增大,縱筋配筋率大于6時,則隨著配筋率的增加延性系數減小,縱筋配筋率為6時,試件的延性最好。
         ?。?)混凝土的強度越高,試件的變形能力越差,延性系數越小,亦即活性粉末混凝土橋墩的延性隨著混凝土強度的提高而降低。

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