方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土抗拉本構關系研究

摘要：基于綠色環保，變廢為寶的理念，本文采用大型有限元軟件ABAQUS模擬分析了方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土的抗拉本構關系。研究表明：在三向壓力作用下再生粗骨料混凝土的應力一應變本構關系與普通混凝土的類似，隨再生粗骨料取代率的增大，其峰值應力降低，相應應變增大。

關鍵詞：再生混凝土；抗拉；有限元

中圖分類號：TU398 文獻標識碼：A 文章編號：2096-2118（2017）01-0008-03

Abstract：Based on green environmental protection，the concept of waste，this paper uses the finite element soft-ware ABAQUS simulation analysis on the side of recycled concrete filled steel tubular short column tensile con-stitutive relation of the core concrete.Research shows that，under the effect of three to the pressure of the rerycledcoarse aggregaLe concrete slress-slrain constitutive relation are similar to those of normal concrete，wilh the in-crease of recycled coarse aggregate content，the lower peak stress and corresponding strain increased.

Keywords：recycled concrete；tensile；the finite elernent

0 引言

因為再生混凝土受到海內外專家學者的普遍關注，對再生混凝土的研究已經成為一個熱點課題。目前來看，我國對鋼管再生混凝土柱的研究還主要集中在軸壓、偏壓方面，對于再生混凝土的抗拉強度研究很少，且對再生混凝土三向荷載下的抗拉承載力的研究還是寥寥無幾。本文采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS對5根不同取代率（0，25%，500/0，75 010，l000/o）的方鋼管再生混凝土柱進行有限元模擬，對其核心混凝土的抗拉本構關系進行分析研究。

l 構件設計及材料參數

構件的設計依據我國《混凝土結構設汁規范》（GB50010 -2010），《鋼結構設計規范》（GB50017 -2003）及與再生混凝凝十有關的海內外早期論文對柱的計算及構造措施要求進行嚴格設計，保持柱的截面形狀及面積、剪跨比、長細比不變，只改變混凝上中再生骨料的取代率，分別對取代率為0.25%，50%，75%，100%的短柱進行模擬分析。為了鋼管和混凝土在荷載的作用下更好地協同工作，在柱頂端及施加位移的部位加設鋼墊板。為使構件的受力更切合工程實況，柱了的加載涉及兩個分析步：第一分析步是在柱截面的y軸正向偏心50mm處逐漸施的荷載和邊界條件如圖1所示，網格劃分如圖2所示。構件各材料參數見表1～表3：

再生混凝土的抗壓強度是研究再生混凝土其他性能的根本，是最主要的性能之一，表3中混凝土的抗壓強度是通過楊有福[1]關于再生混凝土抗壓強度的計算公式計算得來，公式如下：

ft=fhx（l-0.28r+0.08r2） （l）

式中ft為再生混凝土的抗壓強度；fh為相應普通混凝土的抗壓強度；r為再生粗骨料取代率。

對于混凝土而言，彈性模量是反映其變形性能的重要指標，它是對混凝土結構進行內力分析及變形抗裂分析的重要依據，表3中再生混凝土彈性模量的計算采用下式確定[2]：

E=Ec（1+0.121 8r-1.802 3r2+2.458r3-l.05r4） （2）

式中：E為再生粗骨料混凝土的彈性模量；Ec為母材混凝土的撣性模量。

由式（2）可知，與普通混凝土相比，再生混凝土彈性模量較低，這主要與再生粗骨料外包裹的水泥砂漿有關[3]。

再生混凝土的橫向變形系數是混凝土結構分析和設計中的一個重要參數，表3中再生混凝土的橫向變形系數用以下公式確定[3]：

u=0.21-0.000 3r （3）

一般情況下，再生混凝土的橫向變形系數從0.17—0.21之間取值較為合理，本文均取0.2作為混凝土的橫向變形系數。

2 計算結果和分析

眾所周知，混凝土構件是以抗壓強度著稱的，其抗拉強度很低，在很多情況下幾乎可以忽略。但在日常結構中混凝土構件難免會承受剪力，而剪力卻與混凝土的抗拉強度息息相關，作為混凝土的一項重要力學性能，對混凝土的抗拉強度進行研究是十分必要的，對于再生混凝土構件同樣如此。

在豎向偏心荷載和水平荷載作用下的鋼管再生混凝土柱的核心混凝土受拉區的應力一應變關系曲線和普通混凝土應力一應變關系曲線類似，都具有明顯的上升段和下降段，如圖3所示。不同取代率的再生混凝土峰值應力隨再生骨料取代率的增加而減小，峰值應力對應的應變增大。取代率為25%時的應力一應變關系和普通混凝土的應力一應變關系特別接近，兩者的峰值應力幾乎重合。而完全再生濕凝土比普通混凝土的峰值應力降低15%，但無論普通混凝土還是再生混凝土，因為有鋼管的約束作用其抗拉強度都大大提高，鋼管的約束效應十分顯著。

3 結論

方鋼管再生混凝土短柱核心混凝土的抗拉應力-應變本構關系能夠滿足混凝土規范的要求。在三向受力的作用下，核心再生混凝土的抗拉峰值應力隨再生粗骨料的取代率的增大而減小，峰值應力對應的應變增大。鋼管的存在不僅提高了再生混凝土的抗拉強度，同時可作為模板給施工帶來方便，這也提高了廢棄混凝土用于承重結構中的安全系數。

參考文獻

[1]楊有福，鋼管再生混凝土構件荷載一變形關系的理論分析[J]工業建筑，2007，37（12）：1-6.

[2]李兵，王偉浩，孟爽，鋼管再生混凝土受彎構件有限元分析[A]。沈陽建筑大學學報（自然科學報），2014，30（4）：644-650。

[3]楊有福，韓林海，鋼管再生混凝土結構工作機理的若干關鍵問題研究[C].首屆全國再生混凝土研究與應用學術交流會論文集，2008：455-464.

編輯：付強