不同钢纤维体积率下再生混凝土梁抗剪性能试验研究

摘要

目前，我国的城市在扩建和改建的速度明显加快。在这个过程中对资源消耗巨大，给环境所造成了很大的压力。到2014年末，我国已成为世界第一大经济体。中国在对建筑材料的消耗占世界消耗总量的一半以上。在不断现代化的过程中，我国对资源的使用和废弃物的处理仍然没有严格的管控措施，相关的法律、法规及政策不很完善和相应的国家规范及技术操作规程偏少。这样的现象使得我们的自然环境被迫承受着巨大的压力。除此之外，对城市改造遗留的下的建筑垃圾和由于自然灾害形成的废弃建筑对环境的影响同样的不可小觑（例2011年日本的3.11大地震就产生了1628万吨震灾垃圾）。正因如此最好的办法就是研究如何把这些建筑垃圾进行再次的利用，让他们变废为宝。由于再生混凝土的骨料是来源于既有建筑拆除下来的废弃混凝土。这些废弃的混凝土在首次使用时已经受到环境的侵蚀，其材料性能已经降低。所以在对旧有混凝土进行再次使用时就会面临再生混凝土在强度上不如普通混凝土的问题。这使得再生混凝土在推广上遇到了很大的困难。钢纤维有很好的韧性且抗拉强度很高，把钢纤维与混凝土一起拌合制作出来的钢纤维混凝土在强度、耐久性和抗裂性上均有很好的改善。再生混凝土在微观上的结构与普通混凝土结构相似（都是由骨料和胶凝材料结合在一起）。设想把钢纤维掺入到再生混凝土中去，利用钢纤维优良的力学性能可以使再生混凝土的各项力学性能都有很好的提高。若经过试验证实这种办法是可行的，那么将会改变土木工程行业对自然环境粗放式消耗的面貌。这对我国自然环境的保护与恢复有十分重要的意义。
　　本次试验设置3根钢纤维再生混凝土梁。在这些钢纤维再生混凝土中的受拉钢筋、受压钢筋、箍筋和钢纤维再生混凝土表面粘贴应变片。在试验加载过程中随时测定钢筋和混凝土的应变量，并在试验加载完毕后观察其变形和破坏特点，把数据与现象结合在一起对钢纤维再生混凝土的力学性能进行研究。本次试验以钢纤维的体积率作为变量，对钢纤维再生混凝土梁的承载力进行计算和分析。根据拟合的数学公式和有关的国家规范总结出钢纤维再生混凝土承载力的理论规律和计算方法。
　　经过对试验数据的处理和钢纤维再生混凝土梁的破坏特征的研究分析后，试验得要的结论有以下几点：
　　（1）在钢纤维体积率合适的情况下，钢纤维可以有效的影响再生混凝土梁的裂缝发展。但是钢纤维掺量超过限度之后，会阻碍再生混凝土梁内部骨料之间的粘接，力学性能反而下降。
　　（2）根据三组试验的钢纤维再生混凝土梁在荷载施加过程中，观测梁挠度的变化，基于材料力学有关简支梁的最大挠度fmax的阐述，可以基本确定，通过加入钢纤维导致再生混凝土梁的弹性模量发生变化，且钢纤维掺量与再生混凝土弹性模量的变化关系呈负相关关系。
　　（3）根据对试验加载的钢纤维再生混凝土梁内部单元体主应力迹线的描绘结果，发现单元体在梁内的不同部位，主应力迹线的变化趋势不同。靠近梁中部的单元体的主应力迹线的变化比较平缓，靠近梁外部的单元体的主应力迹线的变化比较迅速，尤其当单元体在梁受剪区左侧（靠近梁端部时）单元体的主应力迹线的变化最为剧烈。
　　（4）随着钢纤维体积率的提高，钢纤维再生混凝土的承载力总体上是提高的，并且按钢纤维体积率V=-17.5ρ2+75ρ+55的关系变化。
　　（5）根据对三根钢纤维再生混凝土梁挠度—荷载曲线的积分计算，得到钢纤维体积率为1％的再生混凝土梁在破坏前吸收能量最多，其次为钢纤维体积率为1.5%的再生混凝土梁，吸收能量最少的是不掺加钢纤维的再生混凝土梁。这是由于钢纤维的掺入对再生混凝土的弹性模量产生了影响，使钢纤维再生混凝土的吸收能量的效果较再生混凝土更好。在地震作用时，结构在破坏之前可以吸收更多能量，故抗震效果上优于再生混凝土。

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1 绪论

1.1 再生混凝土特性及研究进展

1.2 钢纤维混凝土

1.3 研究内容与目标

2 试验设计

2.1 试验材料物理性能及参数

2.2 试件设计

2.3 试件制作与养护

2.4 试验加载方案及测试内容

3 试验过程与数据分析

3.1 试验载入与结果

3.2 数据处理

3.3 本章小结

4 钢纤维再生混凝土梁斜截面抗剪承载力计算

4.1 斜裂缝的形成

4.2 斜截面承载能力计算

4.3 吸收能量效果

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢