型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究*
薛建阳1 ，崔卫光1 ，陈宗平2 ，马辉1 ，高亮1
( 1 西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055;
2 广西大学土木建筑工程学院，南宁530004)
［摘要］通过6 个型钢再生混凝土组合柱的静载试验，对型钢再生混凝土组合柱轴压承载力进行了研究。试验主
要考虑再生粗骨料取代率和长细比两个参数对构件承载力的影响。由试验得出组合柱在轴心荷载下的荷载-位移
曲线，分析型钢再生混凝土组合柱的破坏机理及再生粗骨料取代率、长细比对其轴压承载力的影响，提出型钢再生
混凝土组合柱轴压承载力计算公式。
［关键词］型钢再生混凝土; 取代率; 长细比; 承载力
中图分类号: TU391，TU392. 5 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2013) 07-0073-04
Experimental study on axial compressive behaviors of steel reinforced
recycled aggregate concrete composite columns
Xue Jianyang1 ，Cui Weiguang1 ，Chen Zongping2 ，Ma Hui1 ，Gao Liang1
( 1 College of Civil Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China;
2 College of Civil and Architectural Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)
Abstract: According to static experiment of six steel reinforced recycled aggregate concrete composite columns，the axial
compression load-bearing capacity was studied． Two factors，which were the recycled coarse aggregate replacement rate and
slenderness ratio，were taken into consideration． Load-displacement curves of composite columns under axial loads were
obtained． The fracture of composite columns and the influence of recycled coarse aggregate replacement rate and
slenderness ratio on axial compression load-bearing capacity were analyzed． The formula for axial compression load of steel
recycled concrete composite column was also presented．
Keywords: steel reinforced recycled aggregate concrete; replacement rate; slenderness ratio; load-bearing capacity
* 国家自然科学基金( 51178384) ，住房和城乡建设部科学技术项目
( 2012-K2-12) ，陕西省留学人员科技活动择优项目( 陕外专发
［2010］26 号) ，陕西省教育厅科研计划项目( 12JK0902) 。
作者简介: 薛建阳，教授，博导，Email: jianyang_xue@ 163． com。
0 引言
随着全球经济发展，建筑业也在迅速发展，道路
更新、旧房拆迁等产生大量的废弃混凝土。目前，全
世界的建筑中，混凝土结构仍然处于主导地位。混凝
土的年产量约28 亿m3 ，我国的混凝土年产量约占
世界总量的45% ，混凝土原材料中骨料占75%［1］。
因此，为了节约资源，合理处理建筑垃圾，许多国家
已经开展了对再生混凝土的研究和应用［2-4］。
目前再生混凝土主要用于路基回填或受力较小
的结构中，应用层次比较低。Konno 等［5］研究了钢
管约束再生混凝土构件的强度和变形能力，杨有
福［6］研究了钢管再生混凝土构件力学性能和设计
方法。但由于钢材耐火性及耐腐蚀性较差且外露于
构件表面，必须考虑防火及防腐措施［7］。
为了更好地推广再生混凝土，本文提出了型钢
再生混凝土( SRRAC) 。目前国内外对型钢再生混
凝土的研究很少，王兵等［8］对型钢再生混凝土的耐
火性能进行了研究，但没有研究其承载力。因此本
文对型钢再生混凝土组合柱的承载力进行试验研
究，得出其承载力计算公式，为工程设计提供参考。
1 试验简介
1. 1 试件设计及制作
试件配钢选用Q235B 级I10 型钢，配钢率ρss
为
3. 6%。纵筋采用4  14 钢筋，配筋率ρs
为
1. 48% ，箍筋配置为6. 5 @ 100，配箍率ρsv
为
0. 57%。试验共设计了6 根试件，主要考虑再生粗
骨料取代率和长细比两个因素对型钢再生混凝土组
合柱轴心受压承载力的影响。其中SRC15 为对比
试件，与SRRAC14 进行对比，分析型钢再生混凝土
组合柱与普通型钢混凝土组合柱的轴压承载力之间
的关系。试件截面尺寸及配筋见图1。
在试件骨架的制作过程中，由于型钢位于钢筋
骨架之中，浇筑混凝土时型钢的位置不容易保证，为
此试件在制作的过程中，在型钢下翼缘距两端
150mm 范围内，点焊L50 的角钢来保证浇筑混凝土
的过程中型钢以及钢筋骨架的位置。试件设计参数
见表1。
建筑结构2013 年
图1 试件截面尺寸及配筋图
试件参数汇总表1
编号r /% l0 / b l0 /mm b × h /mm
SRRAC10
SRRAC11
SRRAC12
SRRAC13
SRRAC14
SRC15
30
30
30
100
70
0
6
9
12
6
6
6
1 200
1 800
2 400
1 200
1 200
1 200
200 × 200
200 × 200
200 × 200
200 × 200
200 × 200
200 × 200
注: r 为再生粗骨料取代率; l0
为计算长度; b，h 分别为试件截面
的宽度和高度。
1. 2 配合比设计
以普通混凝土配合比设计方法为基准，参考
《混凝土配合比设计手册》［9］，各材料用量见表2。
试验采用C40 混凝土，再生粗骨料来源于广西大学
土木工程学院已做过的抗扭梁试件，经人工捣碎、筛
分、清洗后而得，原混凝土强度等级为C30，粗骨料
为碎石，如图2 所示。试验过程中不考虑再生粗骨
料吸水的影响，再生混凝土的配合比及力学性能见
表2，其中水灰比均为0. 42。天然粗骨料为连续级
配碎石，与再生粗骨料在同条件下筛分而得，如图3
所示。水泥为海螺牌42. 5R 普通硅酸盐水泥，砂为
中粗砂，拌合用水为广西省南宁市自来水。
图2 再生粗骨料图3 天然粗骨料
1. 3 材性试验
试件中型钢、纵向钢筋及箍筋材料性能的测试
方法依据《混凝土结构试验方法标准》( GB 50152—
92) 进行。试验结果见表3。
再生混凝土配合比及抗压强度表2
编号
用量
/m3
水泥
/kg
水
/kg
砂
/kg
天然粗
骨料/kg
再生粗
骨料/kg
抗压强度frcu
/( N /mm2)
SRRAC10
SRRAC11
SRRAC12
SRRAC13
SRRAC14
SRC15
0. 06
0. 09
0. 12
0. 06
0. 06
0. 06
29. 28
43. 92
53. 68
29. 28
29. 28
29. 28
12. 3
18. 45
22. 55
12. 3
12. 3
12. 3
32. 76
49. 14
60. 06
32. 76
32. 76
32. 76
48. 762
73. 143
89. 397
0
20. 9
69. 66
20. 898
31. 347
38. 313
69. 66
40. 76
0
45. 4
45. 4
45. 4
49. 0
48. 7
47. 2
钢材性能试验结果表3
规格
屈服强度
fy / ( N /mm2 )
极限强度
fu / ( N /mm2 )
弹性模量
Es / ( N /mm2 )
I10 型钢312. 20 391. 50 2. 44 × 105
 14 钢筋385. 32 556. 86 2. 06 × 105
6. 5 钢筋340. 36 472. 89 —
1. 4 加载制度及测试内容
试验在广西大学结构实验室液压式压力试验机
YE-10000F 上完成，加载时荷载通过压力试验机上
下两块端板传递。采用混合控制的加载方式，即在
试件达到开裂荷载前以预计极限荷载的1 /10 作为
荷载增量进行加载，接近开裂荷载时，取预计极限荷
载的1 /20 作为荷载增量; 试件达到极限承载力后以
纵向位移0. 2mm 作为位移增量，直至荷载值降低为
最大荷载的75% 左右时，终止试验。测试内容主要
包括: 1) 试件的轴向荷载; 2) 通过在试件的顶部及
底部分别布置一个百分表来测试试件在荷载作用下
的纵向变形量; 3 ) 通过在试件中部钢筋、型钢及混
凝土布置应变片来测试试件在各级荷载下钢筋、型
钢及混凝土的纵向应变。
2 主要试验结果
2. 1 试件受力破坏过程及破坏形态分析
从开始加载到破坏，6 个试件在轴心压力作用
下，试件的破坏过程相似，即: 加载初期，荷载较小，
型钢、钢筋与再生混凝土的应力、应变一致，呈线性
变化，能较好地协同工作。随着荷载的增大，试件的
应力、应变不再呈线性关系，沿试件端部再生混凝土
的保护层首先出现裂缝并向试件中部延伸，纵向钢
筋、型钢相继受压屈服; 随着荷载的进一步增大，距
试件端部300mm 范围截面中部也出现纵向裂缝。
试件进入此阶段的快慢程度与试件的长细比有关，
相对长细比较大的试件，较快进入此阶段，而相对长
细比较小的试件，则进入此阶段较晚。荷载继续增
大，试件端部附近再生混凝土保护层剥落，距试件端
部300mm 范围处的纵向裂缝迅速发展，把再生混凝
土分成若干小柱条，再生混凝土被压碎、剥落，达到
极限压抗压强度，纵向钢筋、型钢也均达到屈服强
度，试件达到极限荷载。从混凝土的破坏形态来