橡膠混凝土疊合梁試件剛度的優(yōu)化

橡膠混凝土疊合梁試件剛度的優(yōu)化

1與傳統(tǒng)混凝土疊合構(gòu)件的比較橡膠集料混凝土（crumbr.cow，簡稱crc）是一種將橡膠顆粒作為水泥混凝土的原料制備的特殊混凝土。它具有低彈模型、大變形、更好的抗裂性等優(yōu)點。將CRC與普通混凝土制成疊合構(gòu)件,使彈性模量小的CRC在下層,組成疊合梁構(gòu)件(如圖1)。橡膠混凝土疊合梁構(gòu)件和普通混凝土梁相比較:橡膠混凝土疊合構(gòu)件比普通混凝土更晚達到極限拉力和極限拉應(yīng)變,其抗裂性明顯優(yōu)于普通混凝土構(gòu)件。橡膠混凝土疊合梁構(gòu)件和橡膠混凝土梁相比較:1)橡膠混凝土疊合梁構(gòu)件由于上層用彈性模量更大的普通混凝土替代橡膠混凝土,增加了梁的剛度,減小了變形,延緩了其破壞。2)減小了橡膠混凝土用量,節(jié)約了成本。2試驗部分2.1橡膠集料混凝土的配制采用10目(2mm)橡膠集料,表觀密度為1050kg/m3。配制橡膠集料混凝土的材料還有:P-O42.5水泥;中砂,細度模數(shù)2.55;級配良好的碎石,Dmax=25mm;Ⅱ級粉煤灰;礦粉;UNF高效減水劑。2.2體積摻量的確定試驗配合比以不同橡膠集料摻量作為考察重點,體積摻量在0%~15%之間,如表1所示。同時,考慮到工程中廣泛應(yīng)用礦物摻合料,配比中還使用了一定量的粉煤灰和礦粉,同時使用了減水劑。2.3測試方法進行橡膠集料混凝土4點彎曲試驗,見圖2。2.4試驗結(jié)果試驗結(jié)果如表2。3中心拉應(yīng)變分析用大型有限元分析軟件ANSYS對不同橡膠摻量、不同橡膠混凝土層高度的疊合梁進行有限有分析,分析受彎區(qū)中心拉應(yīng)變。如圖3。分析結(jié)果如表3~表5。4分析4.1橡膠混凝土層承載力分析根據(jù)表1~表4,可以求出:Pp:橡膠混凝土底層的承載能力(即:施加大小為Pp的力的時候,橡膠混凝土底層最大拉應(yīng)變達到其極限拉應(yīng)變)。Pc:普通混凝土底層的承載能力(即:施加大小為Pc的力的時候,普通混凝土底層最大拉應(yīng)變達到其極限拉應(yīng)變)。具體數(shù)值見表6~表8。由表5繪制橡膠混凝土層高度-承載力圖如圖4。橡膠混凝土層承載力和普通混凝土承載力相同的時候,橡膠混凝土層最佳,這點也就是圖4中兩條曲線的交點(x坐標(biāo)在20mm左右),當(dāng)橡膠混凝土層厚度小于20mm時,橡膠混凝土層承載力大于普通混凝土層承載力,承載力應(yīng)按普通混凝土層承載力計算,應(yīng)該提高橡膠混凝土層厚度,增大疊合梁承載力。當(dāng)橡膠混凝土層厚度大于20mm時,橡膠混凝土層承載力小于普通混凝土層承載力,承載力應(yīng)按橡膠混凝土層承載力計算。由圖4可以看出,由于橡膠混凝土層承載力曲線斜率為負值,此時加大橡膠混凝土層厚度只會減小疊合梁的承載能力,而且增加了橡膠用量,提高了成本。所以說,圖中兩條曲線交點的橫坐標(biāo)就是橡膠混凝土層的最佳高度,縱坐標(biāo)就是最佳高度下疊合梁的承載能力。同理,可得到當(dāng)橡膠混凝土層橡膠摻量為10%、15%時各層最大承載力表和橡膠混凝土層高度-承載力關(guān)系圖。4.2采用插值法對橡膠混凝土層的最佳高度進行定量反算1x[2f]x取x0=10mm,x1=20mm,x2=30mm,那么,相應(yīng)的F(x)值如表9。則有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=1.28+45(x-0.01)+1950(x-0.01)(x-0.02)=1950x2-13.5x+1.22F(x)=1.741950x2-13.5x-0.52=0解得:x=0.02015m=20.15mm。2fx0檢驗取x0=20mm,x1=30mm,x2=40mm,那么,相應(yīng)的F(x)值如表10。則有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=1.69+75(x-0.02)+6000(x-0.02)(x-0.03)=6000x2-225x+3.79F(x)=3.566000x2-225x+0.23=0解得:x=0.3645m=36.45mm。3橡膠摻量和橡膠混凝土層最佳厚度的確定取x0=30mm,x1=40mm,x2=50mm,那么,相應(yīng)的F(x)值如表10。則有:F(x)=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)=2.33+158(x-30)+41350(x-30)(x-40)=41350x2-2736.5x+47.21F(x)=4.2141350x2-2736.5x+43=0解得:x=0.04051m=40.51mm根據(jù)上述結(jié)果繪制橡膠摻量和橡膠混凝土層最佳厚度層關(guān)系曲線圖,見圖7。4.3疊合梁破壞所需的荷載由ANSYS分析得知:施加荷載10kN時,純普通混凝土梁的最大拉應(yīng)變:2.1005×10-4假設(shè):施加荷載P時,純普通混凝土梁破壞。那么:橡膠慘量為5%,橡膠混凝土層達到最佳高度時,疊合梁破壞所需施加的荷載Pd為:2.1005×1.74×P/2.2224=1.6446P橡膠慘量為10%,橡膠混凝土層達到最佳高度時,疊合梁破壞所