回收自密实钢管混凝土的承载力圆形钢管长列承受轴向载荷

文摘

调查回收的极限承载力和变形自密实钢管混凝土圆形钢管(RSCCFCST)长列受到轴向载荷,九个标本不同回收自密实混凝土(RSCC)强度等级和长细比测试。实验结果表明,侧向挠度主导屈曲标本的失败。标本逐渐增强的极限承载力随着RSCC强度等级的增加而减少,随着长细比上升。载荷应变曲线线性在弹性阶段基本上一致。长细比的减少或增加RSCC强度等级有助于提高刚度和极限的周向和轴向压力逐渐列。基于切线模量理论和RSCCFCST短柱的承载力,提出了两种评估模型来预测RSCCFCST长列的极限承载力。此外,对比极限强度的计算结果表明,在本研究中建立的预测模型比提到的其他规范更准确。

1。介绍

随着经济发展和城市化在过去的几十年里,大量的建筑和拆迁废料生成。有40个国家在世界上的建筑和拆迁垃圾年产量超过30亿吨到20。在中国,近1.6 -18亿吨每年建筑和建筑垃圾产生。这些废弃物造成的一系列问题,如耕地的职业和环境污染1,2]。作为主要成分的建设和拆迁废料、垃圾的回收和拆除混凝土已成为不可或缺的生态文明建设的一部分,一直关注世界各地的(3,4]。

已经证明,从废弃混凝土再生骨料(RA)可以有效地用于获得RA产品用于建筑(5- - - - - -7]。再生骨料混凝土(RAC)主要是由再生骨料,部分或全部取代天然骨料。托马斯(8]和Dimitriou [9]发现RAC的失效模式是类似于普通混凝土,抗压强度的RAC可以提高通过调整水灰比和优化混合比。Laserna [10)指出,RAC的弹性模量和抗压和抗拉强度下降和风湿性关节炎的替换率的增加。一些学者进行了实验和演示,RAC由修改RA的力学性能比普通混凝土(11- - - - - -13]。Limbachiya [14)的耐久性也说明RAC可以提高通过添加适量的粉煤灰。熊等。15,16]调查RAC的静态和动态债券行为出现酒吧和提出了本构模型模拟键stress-slip关系和公式预测动态键性能,为设计提供依据。

钢管混凝土(钢管混凝土结构充分机械混凝土和钢的优点,具有高强度和良好的延性。钢管混凝土进行了众多研究和大量的成就了17- - - - - -21]。回收利用钢管混凝土(RCFST)是一种特殊的钢管充满RAC。陈等人进行的研究。22在正常RCFST强度的属性组合载荷作用下表示,长细比的影响,偏心,钢比RCFST列的性能类似于钢管混凝土。李等人。23)实验研究了RCFST列的行为受到更高的高温和RCFST列的显示,提高冲击强度增加钢比是有效的。王(24]实验发现,增加大孔隙体积分数是关键原因复杂的环境因素下的耐久性RAC的失败。然后,模型预测氯离子迁移系数和抗压强度的RAC提出了一个复杂的环境。唐et al。25]调查RCFST柱的抗震性能,说明RCFST列略低的能量耗散能力,相当优越的横向强度,和更高的韧性,这表明,他们有很好的抗震性能。

然而,密实度RAC的钢管,有一个明显的影响钢管之间的约束和RAC,很难确保。因此,自密实混凝土(SCC)是在RCFST作为一个有效的方法来解决这个问题。曼齐et al。26]表明,鳞状细胞癌包括RA的力学性能是相似的,甚至优越与鳞状细胞癌相比,含100%天然骨料。Al-Shaar和Goğuş27)研究了自密实钢管混凝土的弯曲行为(SCCFST)光束。他们证明了填充钢管与鳞状细胞癌可以显著地提高延性,抗弯刚度,时刻钢铁部分的能力。Mahgub et al。28)的轴向压缩行为研究SCCFST列和证明与鳞状细胞癌标本的轴向强度提高抗压强度增强,但随着长细比的上升下降。唐et al。29日]证明了SCCFST列也有良好的抗震性能。

一般来说,大量的成就RCFST和SCCFST列已经达到,而很少有研究关注回收自密实钢管混凝土圆形钢管(RSCCFCST)列。因此,失效模式、变形和极限承载力的RSCCFCST列受到轴向压缩进行实验研究。9列是为了研究长细比的影响和RSCC强度等级的机械性能RSCCFCST列。一个分析模型预测RSCCFCST长列的极限承载力受轴向载荷的基础上,提出了切线模量理论。此外,一个简化的公式提出了基于RSCCFCST短列通过引入稳定系数。

2。实验程序

2.1。设计和制备的标本

九RSCCFCST列准备和检查在这个实验中,包括三个短列作为参照组和6个长列。钢管的厚度和外直径是3.63毫米和140毫米,分别。不同的长度(即。,500年 mm, 1000 mm, and 1500 mm), RSCC strength grades (i.e., C30, C50, and C60), and slenderness ratios (i.e., 3.57, 7.14, and 10.71) were considered. The detailed factors are listed in Table1。

首先,钢管的两端应车床确保他们持平,长度必须严格控制设计。然后钢管被放置在平坦的地面,与底部与一块塑料薄膜密封,以避免砂浆泄漏,随后的钢管充满了RSCC无振动。为了防止水蒸发在硬化过程中,顶部表面与另一块塑料薄膜密封。在测试前,标本的表面抛光,确保钢管和RSCC可以一起工作在初始加载阶段。

2.2。材料特性

2.2.1。钢管

Q235钢类型被用来使圆形钢管。根据中国标准GB / t228.1 - 2010 (2010) (30.),图中所示的样本1被用于拉伸试验和500毫米的钢管长度,外径140毫米,3.63毫米厚度是用于抗压测试来获取钢管的机械性能。测量应力-应变曲线和周向应变之间的关系( )和纵向应变( )如数据所示2 (b)和2分别(d)。因此,钢管的屈服强度为233.23 MPa,极限抗拉强度为295.68 MPa,泊松比和勇的模量分别为0.297和2.00×10⁵分别MPa。

2.2.2。RSCC

中使用的RSCC标本由42.5 p O r硅酸盐水泥,细骨料(砂和粉煤灰),类风湿性关节炎,polycarboxylate强塑剂,和城市自来水。不断分级粒径范围的RA 5-35 mm破碎形成的废弃混凝土块。表2总结了RSCC不同强度等级的比例。此外,RSCC的测量力学性能如表所示3。

2.3。加载过程和实验测量

实验进行electron-hydraulic伺服压机。防止破坏的结束部分,列的两端,分别与钢柱帽包之前应用负载。图3显示了应变仪安排和实验设备。八应变仪安装在0.25升的高度,0.5 L和0.75 L,分别(L代表列的长度),其中四个是采用测量标本的侧向压力和另外四个被用来测量轴向压力。检查标本的轴向变形,两个变量线性位移传感器(线性)安排承载板的底部。

预压进行以确保标本受到轴向载荷。在初始阶段的正式加载过程中,负载的增加大约10%的预测列的极限强度。屈服后,1/15的载荷增量预测采用极限强度的列和每一步一直稳定的2分钟。当接近失败时,加载模式变得缓慢而连续的。标本的失败可以确定下以下两个条件。一个是轴向载荷突然急剧下降70%的极限强度。另一个是列的压缩位移走到3厘米如果荷载位移曲线的下降是不明显的。

3所示。测试结果

3.1。失效模式

RSCCFCST标本的失效模式呈现在图4。三个阶段大约分为加载和失败的过程。第一阶段,弹性阶段,持续时间为RSCC强度等级增加,随着长细比的成长。没有观察到明显的变形和挠度在这个阶段。的垂直位移和纵向和轴向压力RSCCFCST长列增加线性随着负载的增加,纵向压力的标本在每个方向基本相同。

第二阶段为弹塑性时出现压力和垂直位移偏离线性增长,增长速度加快,当没有发现可见的变形。短柱产生的轻微的声音可以听到碎混凝土当加载极限强度的80%。然而,对于长列,纵向压力的发展变得缓慢的张力和快速压缩一起当加载极限强度的70%。垂直位移的增加也明显加快,中跨中的挠度观测到的列。加载大约85%的极限强度时,跨中挠度是很有意义的,菌株的生长速率下降随着RSCC强度等级有所改善,但随着长细比的增加增加。

最后,drum-like中间弯曲的标本主导RSCCFCST短柱的屈曲,挠度的发展显然加速的时候,和整体弯曲不稳定故障发生在长列。与短柱相比,长列的极限强度显著降低,可以观察到明显的弯曲变形。刚度退化加快,最后的偏转是更加明显随着长细比玫瑰或RSCC强度等级却降低了。

3.2。极限承载力

两个参数的影响随着长细比和RSCC强度等级极限承载力的标本被认为是在本文中讨论。

图5(一个)描述了极限承载力的标本逐步改善的RSCC强度等级增加。例如,相比与标本RSCS-4 RSCC C30强度等级,试件的极限强度与RSCC RSCS-6强度等级C60增强了13.37%。主要原因是,随着RSCC强度等级上升,水灰比和胶凝材料的内容的增加而减少。因此,硬化混凝土的孔隙度降低。此外,胶凝材料之间的结合力和RA增强。所以核心RSCC的抗压强度增加,和极限承载力提高。

图5 (b)表明长细比的影响极限承载力的标本受到轴向压缩。一般来说,长细比的增加逐渐减少标本的极限承载力。采取标本RSCS-5和标本RSCS-8例如,极限承载力降低了3.69%,长细比从7.14上升到10.71。这是由于一个事实,即刚度与长细比的增加减少,导致这一事实的挠度发展列加速和二次效应发生。因此,列的承载力降低。

3.3。载荷应变的关系

RSCCFCST长列的载荷应变曲线受到轴向压缩所示的数据2和6,在这是负载和和分别指定圆周和纵向压力。

图2(一)演示了RSCC的影响强度等级的载荷应变关系标本。在弹性阶段,RSCCFCST长列的载荷应变曲线线性和基本一致。进入弹塑性阶段后,应变增长迅速,其发展速度增加RSCC强度等级下降,直到标本失败了。

提出了图2(b),载荷应变曲线的斜率在初始加载阶段基本上是相同的。随着荷载增加,载荷应变曲线的标本轻轻偏离线性关系,标本的应变增长速度上升,标本进入弹塑性阶段。非弹性应变增长率加快随着长细比的增加。

图6表明,载荷应变曲线的标本在不同高度(即。,1/4 L, L, 1/2和3/4 L)几乎是相同的。然而,弹性阶段的载荷应变曲线在1/2 L相对比其他两个的高度。载荷应变曲线上出现了一个明显的拐点,当标本了,和屈服载荷1/2 L是最高的。屈服后,菌株的生长速率更快在1/2 L比另一个高度。

3.4。变形

RSCC的影响强度等级和长细比的变形标本分析如下。

图7(一)显示的影响RSCC强度等级最终纵向应变和周向应变的标本,其中代表最终的纵向应变和代表最终的周向应变。的终极圆周应变和纵向应变标本逐步上升为RSCC强度等级增加。例如,对于标本RSCS-7 RSCS-9,当RSCC C60从C30强度等级增加,最终圆周应变和纵向应变,分别增加了32.81%和14.63%。其原因可能是试件的极限承载力增强的RSCC强度等级上升,而试件的横截面积保持不变。因此,压力增加,标本的极限应变相应增加。

图7 (b)表明最终的周向应变和RSCCFCST长列的纵向应变随着长细比的增加逐渐下降。例如,终极纵向和周向压力的标本RSCS-5长细比为7.14,相比分别降低9.40%和10.23%的标本RSCS-8长细比为10.71。这可能是因为横向刚度和变形能力降低,随着长细比玫瑰。

数据8(一个)- - - - - -8 (b)显示最终的周向应变和不同高度的纵向应变RSCCFCST长列。最终的菌株在1/2 L是最大的。1/4 L和3/4的菌株L基本上是相同的。这说明标本的轴向压缩在一个理想的状态,这是与预期结果一致。

3.5。刚度分析

两个参数的影响,如长细比和RSCC强度等级,刚度的标本被考虑在数据9(一个)- - - - - -9 (b),在那里和轴向载荷和刚度的标本,分别。相应的故障过程中,三个阶段叫弹性、弹塑性和失败是分裂的。刚度曲线基本上是保持在弹性阶段水平。在弹塑性阶段,标本开始的刚度降低,曲线偏离水平状态。达到极限强度时,刚度退化到标本失败。

如图9(一个),水平阶段的刚度曲线更持久的RSCC强度等级增加。增加的原因可能是RSCC强度等级提高RSCC在某种程度上的紧凑性和刚度。外部钢管保持不变时,提高了标本的整体刚度。结论从图略有不同9(一个),可能是因为(1)一些标本有一些缺陷在制造的过程中;(2)一些在后来加载阶段收集的数据可能有一些偏差。刚度曲线显示明显的拐点,当进入弹塑性阶段。当负载接近极限承载力,增加RSCC强度等级导致刚度退化率的降低。

图9 (b)表明长细比的影响刚度的标本。在弹性阶段,长细比的影响不显著的刚度列。总的来说,长细比的增加,下降部分的刚度曲线的斜率增加,和刚度的退化速度加快。这主要是由于这一事实标本的刚度与长细比的增加减少。

4所示。一个新的极限承载力的预测模型

4.1。基本假设

假设做了如下的简化分析RSCCFCST长列受到轴向压缩:(1)RSCCFCST长列是理想的直棒和两个铰链结束(2)没有任何偏心负载是理想的轴向(3)标本的挠度曲线被假定为一个正弦曲线在临界状态

4.2。一个新的极限承载力的预测模型

基于他的31日]分析模型的切线模量理论相结合,计算模型估算RSCCFCST长列的极限承载力受轴向载荷使用修改后的欧拉公式方程所示(1)。钢管在RAC的密闭效应被认为是,和RAC的强度提高系数。 在哪里是欧拉临界力,代表了切线模量相结合,表示的惯性矩的列,和代表列的长度。的价值和可以得到以下方程: 在哪里指定了长柱的直径,表示长柱的弹性模量,代表样品的临界压力,和分别指定收购因素回归分析代表的比例的联合限制轴向加载试样,和是合并后的试样的屈服强度。RAC的强度提高系数介绍了修改吗考虑钢管的封闭效果的影响RAC。 , , , , , ,和决定如下: 在哪里代表的比例极限应变RSCCFCST长列,代表试样的横截面积,表示RAC的加工硬化模量,和通过回归分析的因素,分别密闭效应系数,指定钢管的屈服强度,和表示RAC的单轴抗压强度 。 和是RAC的多维数据集和轴向抗压强度,分别。 在哪里代表勇的钢管和模量钢比和吗 。 和指定RAC导线截面积与钢管,分别。

当方程(2)- (15)被认为是(1)被改变成(16)如下:

4.3。简化预测极限承载力公式

实验结果和讨论表明,标本的极限承载力逐渐降低,随着长细比玫瑰。比较长列短圆柱,它可以发现长列的极限承载力可以简化估计基于短柱的极限承载力通过引入稳定系数 。回归分析是对质量数据进行从这个实验和其他人22,32- - - - - -36)获得之间的关系和 如图10与方程(20.)。 在哪里和指定的列的极限承载力和短列,分别代表了密闭效应系数考虑RA的影响,代表风湿性关节炎的替代率,表示RA棱镜的轴向抗压强度。

4.4。评价不同模型的准确性

估计不同模型的准确性,本文实验结果进行了分析。规格不同设计钢管混凝土柱,如中国代码gb50936 - 2014 (37),美国标准aisc360 - 16 - 2016 (38),日本代码aij - src - 2001 (39),和欧洲标准ec4 - 2004 (40中所描绘的一样),也比较表4。它可以发现预测值的平均比率aisc360 - 16 - 2016和ec4 - 2004测试数据分别为0.508和0.607,标准差分别为0.037和0.050,分别,这表明,美国和欧洲的标准保守估计极限承载力。中国和日本的代码相对准确。预测值的平均比率gb50936 - 2014和aij - src - 2001测试数据分别为0.900和0.848,分别和标准偏差分别为0.088和0.100。然而,之间的差异提出了模型方程(16)和实验结果仅仅是2.2%,而简化模型方程(17实验数据的差异)3.4%,标准偏差分别为0.096和0.059,分别。相应地,本研究提出的模型上评价提到极限承载力比其他现有规范。

5。结论

一系列的静态行为实验RSCCFCST列下轴向压缩,和结论总结如下:(1)drum-like弯曲的标本占主导地位的失败RSCCFCST短列。相比之下,侧向挠度控制的屈曲失败RSCCFST长列受到轴向载荷,正如普通钢管混凝土长柱。(2)RSCCFCST长列的极限承载力逐渐增加的RSCC强度等级增加而减少,随着长细比玫瑰。(3)随着RSCC强度等级增加或长细比降低,刚度,终极圆周应变和纵向应变逐渐以列的。(4)基于切线模量理论相结合,提出了一个估计模型的极限承载力预测RSCCFCST长列,然后,通过引入一个稳定系数,提出一个简化的模型根据RSCCFCST短柱的极限承载力。(5)比较RSCCFCST长列的极限承载力下轴向压缩估计各种规格和拟议的模型在研究中指出,美国和欧洲的标准有点保守,中国和日本的代码比较准确,在本研究提出的模型是最准确的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作受到了国家重点实验室开放基金的建设安全和建筑环境和建筑技术国家工程研究中心(没有。BSBE2020-4),中国国家自然科学基金(号。51578001,51878002,52078001),安徽省的杰出青年基金(没有。2008085 j29),安徽大学的自然科学研究项目(KJ2020A0234号和KJ2020A0261),安徽省的主要研究和开发计划(没有。1704 a0802131),安徽大学协同创新项目(没有。gxxt - 2019 - 005)。

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