方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土抗拉本構(gòu)關(guān)系研究

摘要：基于綠色環(huán)保，變廢為寶的理念，本文采用大型有限元軟件ABAQUS模擬分析了方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土的抗拉本構(gòu)關(guān)系。研究表明：在三向壓力作用下再生粗骨料混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系與普通混凝土的類似，隨再生粗骨料取代率的增大，其峰值應(yīng)力降低，相應(yīng)應(yīng)變?cè)龃蟆?/p>

關(guān)鍵詞：再生混凝土；抗拉；有限元

中圖分類號(hào)：TU398 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-2118（2017）01-0008-03

Abstract：Based on green environmental protection，the concept of waste，this paper uses the finite element soft-ware ABAQUS simulation analysis on the side of recycled concrete filled steel tubular short column tensile con-stitutive relation of the core concrete.Research shows that，under the effect of three to the pressure of the rerycledcoarse aggregaLe concrete slress-slrain constitutive relation are similar to those of normal concrete，wilh the in-crease of recycled coarse aggregate content，the lower peak stress and corresponding strain increased.

Keywords：recycled concrete；tensile；the finite elernent

0 引言

因?yàn)樵偕炷潦艿胶?nèi)外專家學(xué)者的普遍關(guān)注，對(duì)再生混凝土的研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)鋼管再生混凝土柱的研究還主要集中在軸壓、偏壓方面，對(duì)于再生混凝土的抗拉強(qiáng)度研究很少，且對(duì)再生混凝土三向荷載下的抗拉承載力的研究還是寥寥無(wú)幾。本文采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)5根不同取代率（0，25%，500/0，75 010，l000/o）的方鋼管再生混凝土柱進(jìn)行有限元模擬，對(duì)其核心混凝土的抗拉本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行分析研究。

l 構(gòu)件設(shè)計(jì)及材料參數(shù)

構(gòu)件的設(shè)計(jì)依據(jù)我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)汁規(guī)范》（GB50010 -2010），《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017 -2003）及與再生混凝凝十有關(guān)的海內(nèi)外早期論文對(duì)柱的計(jì)算及構(gòu)造措施要求進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，保持柱的截面形狀及面積、剪跨比、長(zhǎng)細(xì)比不變，只改變混凝上中再生骨料的取代率，分別對(duì)取代率為0.25%，50%，75%，100%的短柱進(jìn)行模擬分析。為了鋼管和混凝土在荷載的作用下更好地協(xié)同工作，在柱頂端及施加位移的部位加設(shè)鋼墊板。為使構(gòu)件的受力更切合工程實(shí)況，柱了的加載涉及兩個(gè)分析步：第一分析步是在柱截面的y軸正向偏心50mm處逐漸施的荷載和邊界條件如圖1所示，網(wǎng)格劃分如圖2所示。構(gòu)件各材料參數(shù)見(jiàn)表1～表3：

再生混凝土的抗壓強(qiáng)度是研究再生混凝土其他性能的根本，是最主要的性能之一，表3中混凝土的抗壓強(qiáng)度是通過(guò)楊有福[1]關(guān)于再生混凝土抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式計(jì)算得來(lái)，公式如下：

ft=fhx（l-0.28r+0.08r2） （l）

式中ft為再生混凝土的抗壓強(qiáng)度；fh為相應(yīng)普通混凝土的抗壓強(qiáng)度；r為再生粗骨料取代率。

對(duì)于混凝土而言，彈性模量是反映其變形性能的重要指標(biāo)，它是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析及變形抗裂分析的重要依據(jù)，表3中再生混凝土彈性模量的計(jì)算采用下式確定[2]：

E=Ec（1+0.121 8r-1.802 3r2+2.458r3-l.05r4） （2）

式中：E為再生粗骨料混凝土的彈性模量；Ec為母材混凝土的撣性模量。

由式（2）可知，與普通混凝土相比，再生混凝土彈性模量較低，這主要與再生粗骨料外包裹的水泥砂漿有關(guān)[3]。

再生混凝土的橫向變形系數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，表3中再生混凝土的橫向變形系數(shù)用以下公式確定[3]：

u=0.21-0.000 3r （3）

一般情況下，再生混凝土的橫向變形系數(shù)從0.17—0.21之間取值較為合理，本文均取0.2作為混凝土的橫向變形系數(shù)。

2 計(jì)算結(jié)果和分析

眾所周知，混凝土構(gòu)件是以抗壓強(qiáng)度著稱的，其抗拉強(qiáng)度很低，在很多情況下幾乎可以忽略。但在日常結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件難免會(huì)承受剪力，而剪力卻與混凝土的抗拉強(qiáng)度息息相關(guān)，作為混凝土的一項(xiàng)重要力學(xué)性能，對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行研究是十分必要的，對(duì)于再生混凝土構(gòu)件同樣如此。

在豎向偏心荷載和水平荷載作用下的鋼管再生混凝土柱的核心混凝土受拉區(qū)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線和普通混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線類似，都具有明顯的上升段和下降段，如圖3所示。不同取代率的再生混凝土峰值應(yīng)力隨再生骨料取代率的增加而減小，峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)龃蟆Ｈ〈蕿?5%時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系和普通混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系特別接近，兩者的峰值應(yīng)力幾乎重合。而完全再生濕凝土比普通混凝土的峰值應(yīng)力降低15%，但無(wú)論普通混凝土還是再生混凝土，因?yàn)橛袖摴艿募s束作用其抗拉強(qiáng)度都大大提高，鋼管的約束效應(yīng)十分顯著。

3 結(jié)論

方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土的抗拉應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系能夠滿足混凝土規(guī)范的要求。在三向受力的作用下，核心再生混凝土的抗拉峰值應(yīng)力隨再生粗骨料的取代率的增大而減小，峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)龃蟆ｄ摴艿拇嬖诓粌H提高了再生混凝土的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)可作為模板給施工帶來(lái)方便，這也提高了廢棄混凝土用于承重結(jié)構(gòu)中的安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊有福，鋼管再生混凝土構(gòu)件荷載一變形關(guān)系的理論分析[J]工業(yè)建筑，2007，37（12）：1-6.

[2]李兵，王偉浩，孟爽，鋼管再生混凝土受彎構(gòu)件有限元分析[A]。沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)報(bào)），2014，30（4）：644-650。

[3]楊有福，韓林海，鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)工作機(jī)理的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[C].首屆全國(guó)再生混凝土研究與應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2008：455-464.

編輯：付強(qiáng)