第２２卷第４期 安徽建筑大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．４ ２０１４年８月 Ｊｏｕｒａｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｕｇ．２０１４ 低周反复荷载下再生混凝土受扭构件受力性能研究 李亚洲， 王晓菡， 柳炳康 （合肥工业大学土木与水利２１２程学院，安徽合肥２３０００９） 摘要：本文对２根再生混凝土试件进行低周反复荷载下的扭转试验，以粉煤灰取代水泥率为变化参数，研究 在不同胶凝材料下再生混凝土弯剪扭复合受力构件的破坏形态、承载能力、滞回性能、耗能能力和延性性能 等问题。研究表明，掺加１５ 粉煤灰的改性再生混凝土弯剪扭试件与普通再生混凝土试件相比，承载能力变 化不大，延性指标和耗能能力基本相同。 关键词：改性再生混凝土；复合受扭试件；承载能力；滞回性能；延性 中图分类号：ＴＮ９１１．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４５４０（２０１４）０４—０２５—０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒｓ ｓｕｂｊ ｅｃｔ ｔｏ ｔｏｒｓｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄ ＬＩ Ｙａ—ｚｈｏｕ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｈａｎ，ＬＩＵ Ｂｉｎｇ－ｋａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉ＇ｓ ｐａｐｅｒ，ｔｗｏ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｏｒｓｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｖｅｒｓｅｄ １ｏａｄ，ｗｉｔｈ ｆｌｙ ａｓｈ ｃｅｍｅｎｔ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｅ ａｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｅａ— ｔｕｒｅｓ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｌｏｏｐｓ，ｅｎｅｒｇｙ—ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｅｌｌｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ－－ｄｉｓｓｉ— ｐａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｍｅｍｂｅｒｓ ｗｉｔｈ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｒｅｃｙ— ｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｍｅｍｂｅｒ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｈｙｓｔｅｒ— ｅｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ；ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ０ 引言 研究表明再生骨料表面包裹有硬化水泥砂 浆，骨料界面具有孔隙率高、吸水性大的特征，导 我国是一个混凝土材料消费大国，随着我国 致再生混凝土抗渗性、抗冻性、抗碳化等耐久性能 城市化进程的不断加快，对骨料需求量不断增加； 降低。针对界面结构特征和微观形貌，可掺加矿 时，建筑业中拆除建筑物或是公路重建等情况 物掺合料改善界面过渡区粘结作用，矿物掺合料 产生的大量废弃混凝土，若按照常规的建筑垃 固体粒径很小，能直接填充再生骨料界面的孔隙， 圾处理方式，则会造成环境污染和生态损害。利 黏合微细裂纹，增强界面密实性和粘结作用。研 用再生骨料替代天然骨料，不仅可以节约资源，还 究表明，掺入适量的粉煤灰后，再生混凝土的抗碳 可以减少建筑垃圾带来的污染。 化、抗冻融、抗氯离子渗透性等耐久性能有所提 收稿日期：２０１４—０３—０３ 作者简介：李亚洲（１９８９一），男，硕士生，主要研究方向为：混凝土结构与组合结构。 ２６ 安徽建筑大学学报（自然科学版） 第２２卷 高［Ｉ－３￣。但是对再生混凝土改性后结构的破坏形 态、承载能力、滞回性能、延性指标和耗能能力有 纵筋实测屈服强度为５５０ＭＰａ，极限强度为 ６６４．３ＭＰａ；箍筋实测屈服强度为４２０ＭＰａ，极限 待进一步研究。 强度为５８７．２ＭＰａ。 制作两根再生混凝土试件，一根全部采用水 泥作为胶凝材料，另一根采用粉煤灰取代水泥率 为１５ 进行改性。在低周反复扭矩作用下，探讨 两个试件的破坏机理、滞回性能、裂缝分布、耗能、 刚度退化和延性，进一步完善再生混凝土的相关 －～一～兰 ｕＩＬ——一一 ’—｝ （ａ）平剖图 性能研究。 １试验概况 日 口２１口Ⅲ厩３１｝ ｌ ｝ ｌ！ ３生Ｑｏ ▲ｉ８Ｑ ２１００ ｒ———————————。—— —————————————————— １．１试件设计 本次试验共制作２根再生混凝土试件，再生 骨料取代率均为１００ ９／６，试件ＲＣＮ一１全部采用 水泥作为胶凝材料，试件ＲＣＮ一４采用粉煤灰取 瞬 代水泥率为１５ 进行改性。试件尺寸及配筋详 皿 十 匡 见图１，为了方便固定试件，固定端做成扩大头。 （ｃ】１－１ （ｄ】２－２ （ｅ）３－３ １．２材料特性 图１试件尺寸及配筋详图 试件浇注时制作６个标准立方体试块（１５０ｍｍ ＠∞盒蛰．Ｌ ∞ １．３试验装置 ×１５０ｍｍＸ １５０ｍｍ），试件ＲＣＮ一１和试件ＲＣＮ一 在试件的扩大端用４个５００ｋＮ的液压千斤 ４各３个，实测普通再生混凝土试块立方体抗压强 顶与反力架将其顶紧，构成固定端；另一端悬 度为３２．１５啪Ｐａ，弹性模量为３０．６５ＧＰａ￣改性再生 臂，为加载端。沿梁端横向设置一根钢梁用作 混凝土试块立方体抗压强度为３Ｏ．１７ＭＰａ，弹性模 传力臂，钢梁一端和试件悬臂端用夹具固定在 量为３０．ＯＧＰａ。 一起，另一端用夹具与ＭＴＳ作动器相连，ＭＴＳ 钢筋梁纵筋采用ＨＲＢ４００钢筋，直径为 加载端中心到梁中心的距离为１２００ｍｍ，加载装 １６ｍｍ；箍筋采用ＨＲＢ３００钢筋，直径为８ｒａｍ。 置见图２所示。 堑 ————————一—————————’。’ ㈦ 要 献 ㈠ Ｉｊ ！璺 钟 ｌＪ 蚺 隧：ｉ量１．嚣 蛳囊 ㈠ （ａ）钢梁 试件连接 （ｂ）固定端码加载端示意 图２加载装置示意图 １．４加载方案 直至试件破坏。 试验利用ＭＴＳ作动器在梁端施加低周反复 １．５记录内容与量测设备 荷载，反复荷载采取荷载一扭转角混合控制方法， 在上中下３排纵筋上各贴１个电阻应变片， 在荷载控制阶段，首次加载为预计屈服荷载的 在梁１／４处和１／２处的箍筋上下左右四个方位各 ２Ｏ ，之后每级增加１Ｏ ，直至纵筋屈服。钢筋 贴１个电阻应变片，用来测量钢筋应变。在梁端 达到屈服应变后采用扭转角控制，每一循环屈服 布置３个位移记，两端的两个用来测量梁的扭转 扭转角按０．００５６ｒａｄ递增（通过与钢梁一端相连 角，中问一个用来观察梁的竖向位移。应变片与 ＭＴＳ作动器按５ｒａｍ位移递增），每级循环３次， 位移计布置情况见图３。 第４期 李亚洲，等：低周反复荷载下再生混凝土受扭构件受力性能研究 ２７ 作用下试件所承受的扭矩与扭转角之间的关系曲 线，ＲｃＮ一１和ＲＣＮ一４的滞回曲线分别如图５ （ａ）、图５（ｂ）所示。 图５中两个试件的滞回曲线有一些共同特 （ａ）钢筋应变片布置罔 征：试件开裂之前，无论是正向加载还是反向加 载，扭矩一扭转角关系基本呈直线关系，曲线的斜 率变化非常小，滞回环的面积也非常小，卸载后变 形基本上可以恢复，残余变形很小，此时两个试件 均处于弹性阶段。当荷载增加到极限荷载的 ４０ ９／６试件开裂，此时滞回曲线逐渐偏离原来的直 线状态，滞回环的面积也逐渐增大，把同向加载的 图３钢筋应变片和位移计布置图 曲线相互比较可以发现曲线斜率越来越小，说明 试件刚度在逐渐退化。 滞回曲线的形状均呈现“开裂之前的梭形一 屈服时的弓形一破坏时的反Ｓ形”的变化趋势。 改性再生混凝土梁与普通再生混凝土梁相比，滞 回环形状和丰满程度与普通再生混凝上梁相近， 说明两者延性及耗能能力无明显差异。从图５还 可以看出，掺加粉煤灰后试件的极限受扭承载力 ２试验结果及分析 ２．１ 裂缝发展规律与破坏形态 试件在施加反复荷载后，加载至极限荷载的 ４Ｏ 出现第一批裂缝，卸载后裂缝完全闭合。加载 至极限荷载的７Ｏ 左右出现多条梁侧裂缝，分布 在梁的固定端２／３范围内，裂缝宽度在０．２～０． ４ｍｍ之间。继续加载梁侧出现一条贯穿主裂缝， 较普通再生混凝土试件稍有下降，说明掺加粉煤 灰会对试件承载力影响不大。 ｌ８ ｌ２ 裂缝宽度在１．ｏ～１．５ｍｍ之问，此时试件屈服。当 荷载达到极限荷载时，裂缝数量不再增加，但宽度 发展迅速，最大裂缝宽度可达３ｍｍ，试件破坏。两 根梁在反复受扭破坏后的裂缝图见图４。 言 堇０ 量 ．１２ Ｉ８ ．瓣 扣转缃／Ｆａｄ （ｂ１试Ｉ＇］：ＲＣＮ一４ ．０ １２．０．０８．０．０４ ０ ００ ００４ ０ Ｏ８ ０．１２ ．０ｌ２－００８，００４ ０ ００ ０ ０４ ００８ ０Ｉ２ 扭转角ｌｒａｄ （ａ１试件ＲＣＮ一１ 图５试件的扭矩一扭转角滞回曲线 ２．３骨架曲线对比分析 两个试件滞回曲线的骨架曲线如图６（ａ）所 示，比较可知，两条骨架曲线在试件开裂之前都呈 直线状态，扭矩一扭转角之间呈线性变化；试件开 裂之后，骨架曲线开始弯曲，试件的刚度有所降 低；试件屈服之后，曲线出现明显的拐点，达到最 大荷载之后，随着扭转变形的增加。荷载逐渐下 降。改性再生混凝土梁的最大承载力略低于普通 再生混凝土梁。 ２．４刚度退化曲线 图４试件破坏后裂缝图 图６（ｂ）是两个试件的刚度退化曲线对比图， 从图中可以看出，两个试件的刚度都有明显的退 化，刚度退化的规律基本相同，刚度退化速度基本 ２．２扭矩一扭转角滞回曲线 本试验的滞回曲线是由试件在低周反复扭矩