再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究及混凝土結(jié)構(gòu)損傷評估.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程的加快，每年都會有大量的混凝土結(jié)構(gòu)臨近使用年限被拆除，或遭受地震等自然災(zāi)害被損毀，產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物。傳統(tǒng)的廢棄混凝土處理方法主要是運(yùn)往郊外露天堆放或填埋，占用大量土地，破壞生態(tài)環(huán)境。另一方面，建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，混凝土的需求量也在保持高速增長?；炷恋呐渲菩枰笆橇希_山采石毀壞自然植被，引起水土流失，對自然資源的占用及環(huán)境的負(fù)面影響也日趨嚴(yán)重。將廢棄混凝土塊體經(jīng)過回收、破碎、篩分后，按一定的比例

2、與級配混合形成再生骨料，它可代替天然骨料制成新的建材產(chǎn)品。再生混凝土循環(huán)利用，符合國家“十二五”提出的節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，有助于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。
　　 目前再生骨料混凝土多用于公路工程的路基路面和建筑工程的非承重構(gòu)件，為將其用于土木工程的主體承重結(jié)構(gòu)，本文進(jìn)行了再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究、再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)和兩層單跨再生混凝土框架的抗震性能試驗(yàn)研究，可為再生混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用提供試驗(yàn)依

3、據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　 本文通過再生混凝土基本力學(xué)性能的相關(guān)試驗(yàn)，研究了再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的影響因素及變化規(guī)律，并給出了再生混凝土各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)之間關(guān)系式。對再生混凝土與普通混凝土的單軸受壓性能、本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究，在對試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析的基礎(chǔ)上，提出了再生混凝土彈性模量的計算公式、應(yīng)力.應(yīng)變曲線的擬合公式。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生骨料表面吸附舊水泥砂漿，再生骨料新、老砂漿之間界面過渡區(qū)存在孔隙率大，吸

4、水率高，粘結(jié)強(qiáng)度低的特點(diǎn)，界面過渡區(qū)被認(rèn)為是再生混凝土最薄弱部位，導(dǎo)致了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及彈性模量等力學(xué)指標(biāo)均要低于天然骨料混凝土。
　　 制作了再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)、邊節(jié)點(diǎn)和拐角節(jié)點(diǎn)等不同類型的梁柱組合體，進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究，了解節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)和破壞過程，對其滯回曲線、延性特征、耗能性能、強(qiáng)度退化和剛度退化等性能指標(biāo)進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下破壞過程與普通混凝土節(jié)點(diǎn)

5、相似，其受力和破壞過程可分為初裂、通裂、極限、破壞四個階段。由于廢棄混凝土破碎生成的再生骨料，生產(chǎn)剝離過程中表面包裹有母體水泥砂漿，且骨料內(nèi)部存在不同程度的缺陷和裂紋，造成再生混凝土中新拌水泥砂漿與再生骨料界面薄弱。再生混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞時，核心區(qū)菱形塊體混凝土剝落，多沿再生骨料新老砂漿接合面呈酥松狀破壞，表現(xiàn)出明顯脆性性質(zhì)，節(jié)點(diǎn)抗震性能弱于普通混凝土試件。
　　 對1榀兩層單跨再生混凝土框架進(jìn)行了擬動力和擬靜力試驗(yàn)。擬動

6、力試驗(yàn)時，采用不同加速度峰值的E1-Centro地震波激勵加載，研究了框架的動力性能、受力特點(diǎn)、變形性能等抗震性能。試驗(yàn)表明，再生混凝土框架在小震和中震作用下具有足夠的承載力和剛度，框架處于彈性工作狀態(tài)，加載至框架屈服，卸載后殘余變形較小。通過擬靜力試驗(yàn)研究了框架在低周反復(fù)荷載作用下的破壞過程、承載能力、滯回曲線、耗能能力、延性系數(shù)、剛度退化等抗震性能指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的延性和耗能能力，通過合理設(shè)計可以用于抗震設(shè)

7、防地區(qū)。
　　 在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分別采用不同的有限元軟件ABAQUS和OpenSees，對再生混凝土節(jié)點(diǎn)和框架的抗震試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬。此外，利用一個MATLAB編寫的程序?qū)υ偕炷量蚣艿臄M動力試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。節(jié)點(diǎn)和框架的擬靜力試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果表明，在OpenSees中基于‘Simplejoint’的建模方法建立的模型，能夠很好地模擬出節(jié)點(diǎn)或是框架在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能。而框架擬動力試驗(yàn)的模擬結(jié)果則說明Takeda

8、恢復(fù)力模型用于對再生混凝土框架的非線性時程分析中效果良好。
　　 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測手段或損傷評估方法，是結(jié)構(gòu)高效、安全工作的有力保障。而目前，混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測手段或損傷評估方法較為匱乏?；诖?，本文分別利用結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)和小波分解理論分別提出了兩個可以用于確定結(jié)構(gòu)整體損傷程度的指標(biāo)。并且，利用前面相關(guān)的再生混凝土試件抗震性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這些指標(biāo)用于評估結(jié)構(gòu)損傷的有效性。此外，還利用了布置在混凝土結(jié)構(gòu)不同位置處的壓電材料對混凝土結(jié)