PEC再生混凝土柱轴压性能研究.docx
PEC再生混凝土柱轴压性能研究O引言目前工程中常用的钢一混凝土组合柱主要为钢管混凝土柱和型钢混凝土柱，但这两类组合构件均存在一定的缺点。综合考虑钢管混凝土柱和型钢混凝土柱的优、缺点，PEC柱被欧洲国家引入到结构工程中，并在实际工程中得到了应用1。PEC柱是指在H型钢或钢板组合H形截面的两翼缘之间部分填充混凝土而成的一种新型组合构件（图1）。这种柱综合了混凝土和钢材两种材料的优点，具有比型钢更高的承载力，比混凝土更好的延性，同时由于混凝土对型钢的保护作用其抗火性能也优于无保护层的型钢柱。此外,这种新型组合柱在施工中节省模板，节点连接方便、施工便捷，缩短工期，具有良好的应用前景。近年来世界各国都十分重视再生混凝土的研究，美国、日本、欧洲共同体等经济发达国家以及我国均开展了相关研究2-5,主要包括再生骨料和再生混凝土基本性能，如物理性能、力学性能和耐久性能等。研究结果表明：再生混凝土基本满足普通混凝土性能的要求，其应用于工程结构是可行的。但再生混凝土与普通混凝土相比，强度略有降低，弹性模量变小，变形性能却有所增大。针对再生混凝土的特点，本课题组提出了PEC再生混凝土柱的组合结构形式来改善其缺陷，并对其轴压性能进行了探索，以供工程设计参考。I试验概况11试件设计共设计6根PEC再生混凝土柱，试验研究时，考虑的影响因素为长细比和再生粗骨料取代率，所设计试件的编号和具体情况见表1,其中，8为试件外边长，1为试件长度，几为型钢腹板厚度，tf为型钢翼缘厚度，心为再生混凝土立方试块实测抗压强度，高厚比MC为试验极限承载力。表1试件参数一览试件参数截面尺寸B×H×tw×tfZmm1fmmruMpa高厚比了取代率/%Ng/kNPEC1150XI50×7×10700264.701420PEC2150×150×7×1070021.54.7501398PEC3150×150×7×1070018.34.71001321PEC4150×150×7×101000266.701292PEC5150×150×7×10100021.56.7501247PEC6150×150×7×10100018.36.7100123912材料特性(1)钢材钢材均采用H型钢，Q235钢，加工H型钢时，首先按所要求的长度加工H型钢，并保证H型钢两端截面平整。钢材材性由标准拉伸试验方法确定，其实测钢材材性见表2。表2钢材材性特性类型mm"MpaMpaEJGPay×IO/腹板厚度73394721941747翼缘厚度103314782011647(2)混凝土核心混凝土采用再生混凝土，所采用的材料为32.5级硅酸盐水泥、废弃混凝土粗骨料、碎石、粗砂。不同再生粗骨料取代率每立方米混凝土中各材料用量见表3,其中强度等级C30作为设计强度，并均采用水灰比0.38。混凝土的抗压强度由与试件同条件养护的150mm立方体标准试块测得，实测混凝土28天的立方体抗压强度启平均值如表1所示。表3再生混凝十.配合比取代率/%再生粗骨料/(kgm3)水泥/(kgr3)砂kgm3天然粗骨料kgm3水/kg/rrP00500479123119050615.5500479615.51901001231500479（）1901.3试验加载方案试验在300吨微机控制电液伺服压力机上进行。试验时将试件直接放在压力机上，试件两端采用平板较，进行一次压缩试验，试件加载示意图见图2。压力机采用分级加载制，在达到屈服荷载以前，每级荷载约为预计极限荷载的1/10;在达到屈服荷载以后，每级荷载约为预计极限荷载的1/20。每级荷载的持荷时间约为2分钟，在试件承载力达到极限时，慢速连续加载直至停止试验。（a）翼缘屈曲（b）混凝土崩出图2试件加载简图图3试件破坏典型形态2试验结果及分析2.1试验现象试件在试验初始阶段没有明显现象；随着加载持续进行，试件南面中部首先出现裂缝，并逐渐从中部往顶端延伸，随后试件东部翼缘钢板开始出现微微屈曲；北面混凝土向外慢慢鼓起：随着荷载的继续增大，北面混凝土大面积剥落，南面混凝土中部处出现向上呈“弯弓”形的裂缝；随之，东面左上角的翼缘鼓起；随着荷载的不断增加，南面混凝土上方及下方向外鼓起；东面钢板翼缘突起非常明显，下方的钢板翼缘也开始屈曲，且明显看到上部的屈曲大于下部的；随着加载继续进行，听到“砰”的一声，东、西两侧翼缘钢板局部严重屈曲，荷载随之下降；两侧翼缘间混凝土大部分已掉落，试件破坏。试件典型破坏形态如图3所示。2.2荷载一位移曲线图4典型荷我一位移曲线图4为PEC再生混凝土柱试件的典型荷载一位移曲线：(1)从图4可看出，PEC再生混凝土柱的荷载一位移曲线大概可分为三个阶段：弹性工作阶段、弹塑性阶段以及破坏阶段。在加载初期，试件处于弹性阶段，在此阶段，荷载一位移曲线基本为一直线：随后进入弹塑性阶段，在此阶段，曲线的斜率不断减小，荷载大小变化不大；最后，试件处于破坏阶段，在此阶段，试件在达到极限荷载后，荷载缓慢下降，混凝土脱开H型钢腹板与翼缘的约束，纷纷被压碎而掉落。(2)从图4(a)可看出。再生粗骨料取代率对试件的极限荷载大小影响不大；但对试件的荷载一位移曲线的下降段曲线形状有较大影响；再生粗骨料取代率越大，其下降斜率变化越大，表明其后期延性较好。(3)从图4(b)可看出，试件的承载力随着高厚比的增加而降低；同时，试件高厚比越大，试件破坏后，其荷我下降斜率就越快。2.3承载力试件的承载力试验结果如表1所示。从表中可看出：从表1可知，随着再生粗骨料取代率的增大，PEC再生混凝土柱的承载能力稍为减小；随着高厚比的不断增大，其承载能力不断减小，试件PEC2的承载能力是试件PEC5承载能力1.12倍，试件PEC3的承载能力是试件PEC6承载能力的1.07倍。3结论I)PEC再生混凝土柱的荷载一位移曲线大概可分为三个阶段：弹性工作阶段、弹塑性阶段以及破坏阶段。2)再生粗骨料取代率对试件的极限荷载大小影响不大；但对试件的荷载一位移曲线的下降段曲线形状有较大影响。3）试件的承载力随着高厚比的增加而呈降低的趋势。考文献：1 Vincent1RichardB.Designandapp1icationofpartia11yencasednon-compactcompositeco1umnsforhigh-risebui1dingsC.Proceedingsof(heConference：CompositeConsiructioninStee1andConcreteIV,2000,854-8642 刘超，白国良，冯向东，张锋剑，赵洪金.再生混凝土梁抗弯承载力计算适用性研究J.工业建筑，2012,42(4)：25-3031王长青,肖建庄.再生混凝土框架结构模型振动台试验J.同济大学学报(自然科学版)，2012,40(12)：1766-1772141陈宗平，郑述芳，李启良，薛建阳，陈宝春.方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究J.建筑结构学报，2012,33(9)：13-205JianzhuangXiao,YuedongSun,H.Fa1kner.Seismicperformanceofframestructureswithrecyc1edaggregateconcreteJ.EngineeringStructures,2006,28(1):1-8.16GB/T228-2002金属材料温室拉伸试验方法S.北京：中国建筑工业出版社，2002.
