鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的測試方法，選用淤泥－污泥復合型高強粘土陶粒作為為基礎原材料；向高強粘土陶粒中添加鋼纖維，配制LC50的承重型鋼纖維高強陶粒混凝土；制備鋼纖維高強陶粒混凝土梁；分別對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能與抗剪性能進行試驗研究；研究隨著鋼纖維的變化，對高強陶粒混凝土梁彎剪性能增韌效果的影響，找出鋼纖維摻入的最佳參數；研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎、抗剪承載力的計算公式。本發明有很強的工程實踐意義，使高強陶粒混凝土具有更廣泛的應用領域，為污泥、淤泥的無害化、經濟化提供有效途徑。
【專利說明】鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于混凝土領域，尤其涉及一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法。
【背景技術】
[0002]陶粒混凝土又稱為輕骨料混凝土是指用輕粗骨料、輕砂或(普通砂)、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3的混凝土。和普通混凝土相比，陶粒混凝土具有保溫、隔熱、隔音性能好、無堿骨料反應危害等優點，而且由于陶粒混凝土自重輕，彈性模量低，對沖擊能量的吸收快，不容易遭受外力的破壞，其在大跨橋梁結構、高層建筑和海事工程中具有廣闊的應用前景。同時它還是一種生態環保型建筑材料，隨著可持續發展戰略的貫徹實施，它的這種優勢顯得更加突出。高強陶粒混凝土是指利用高強陶粒配置出的密度等級為1600kg/m3-1950kg/m3，強度等級為LC30以上的結構用陶粒混凝土。高強陶粒混凝土不僅具有陶粒混凝土的上述優點，而且與普通混凝土具有相近的強度，因此，高強陶粒混凝土已大量應用在土木工程中的高層建筑(52層的美國休斯頓貝殼廣場大廈)，大跨度結構(南京太陽宮廣場頂部8根跨度為Sm的拱形肋梁)，橋梁工程(挪威Boknasunde，tEidsvolISunduru和Salhus等大橋)以及一些特殊工程(如海洋平臺，軟土地基上的建筑)中，取得了很高的技術經濟價值。
[0003]以美國為代表的北美地區、以挪威為代表的北歐地區以及亞洲的日本等國是世界上陶粒混凝土研究與應用較為先進的國家和地區。在這些國家和地區，高強度陶粒混凝土的研究與應用也走在世界的前列。國外近幾年來對陶粒的研究主要集中在兩個方面:一是用新型陶粒制備陶粒混凝土，主要是制備高強高性能的陶粒研究和利用工業或農業的廢棄物(節能材料)制備陶粒的研究；二是對各種自密實陶粒混凝土的力學性能和耐久性能進行研究。我國近幾年來對陶粒混凝土的性能也進行了較多的研究，如對高強陶粒混凝土構件力學性能的研究，自密實輕骨料混凝土的性能研究及鋼纖維陶粒混凝土的基本力學性能的研究等。關于陶粒混凝土的技術標準主要有JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術規程》及JGJ12-2006《輕骨料混凝土結構技術規程》等。上世紀九十年代起，隨著我國經濟和高層建筑、節能建筑的快速發展，陶粒及其混凝土制品以其綜合優勢步入了快速發展期。隨著節能建筑的不斷發展，陶粒混凝土制品的市場需求會較快擴大，預計到2015年陶粒混凝土的生產和應用會步入快速發展期。近年來，國內各地的超高層建筑、大跨度建筑和大型橋梁工程等很多都采用了高強陶粒混凝土，技術和經濟指標較佳，高強陶粒混凝土的生產和應用也獲得了較快發展。隨著天然碎石資源短缺和價格提高，高強陶粒混凝土的性能和經濟優勢會占領市場，應用范圍和市場需求會迅速擴大。
[0004]然而，隨著陶粒混凝土強度的不斷提高，陶粒混凝土本身的脆性問題也愈加明顯，其脆性的問題將使高強陶粒混凝土的優點不能夠得到完全發揮，限制了高強陶粒混凝土在土木工程領域的廣泛應用。針對普通混凝土的大量研究表明:鋼纖維的摻入可以大大提高混凝土的韌性，顯著改善混凝土的延性，而這些正是高強陶粒混凝土迫切需要的。并且隨著陶粒混凝土的廣泛應用，國內外學者對陶粒混凝土的研究已取得了大量豐富的成果，但是對鋼纖維高強陶粒混凝土的研究卻比較少，本發明對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能展開試驗研究，以填補國內長期以來在該方面的空白，為鋼纖維高強陶粒混凝土的工程應用提供技術支持。作為一種經濟、環保、可持續發展的新型材料，高強陶粒混凝土具有廣闊的應用前景，但是要使高強陶粒混凝土克服自身的脆性等弱點，使其具有更廣泛的應用領域，有關摻加纖維等改性高強陶粒混凝土及其構件的研究就顯得非常重要。而且該技術的研究開發并推廣應用將促進泉州市陶粒及其混凝土和制品的生產和應用，為污泥、淤泥的無害化、經濟化處理提供有效途徑，減輕結構自重，降低地基和基礎處理費用，增強結構抗震能力。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的測試方法，旨在解決現有的技術存在的隨著陶粒混凝土強度的不斷提高，陶粒混凝土本身的脆性問題也愈加明顯，其脆性的問題將使高強陶粒混凝土的優點不能夠得到完全發揮，限制了高強陶粒混凝土在土木工程領域的廣泛應用的問題。
[0006]本發明是這樣實現的，一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，該方法包括:
[0007]步驟一:選用淤泥一污泥復合型高強粘土陶粒作為為基礎原材料；
[0008]步驟二:向高強粘土陶粒中添加鋼纖維，配制LC50的承重型鋼纖維高強陶粒混凝土 ;
[0009]步驟三:將配制好的鋼纖維高強陶粒混凝土加入到模具中，制備鋼纖維高強陶粒混凝土梁；
[0010]步驟四:分別對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能與抗剪性能進行試驗研究；
[0011]步驟五:研究隨著鋼纖維的變化，對高強陶粒混凝土梁彎剪性能增韌效果的影響，找出鋼纖維摻入的最佳參數；
[0012]步驟六:研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎、抗剪承載力的計算公式。
[0013]進一步，試驗采用華僑大學土木工程實驗室多通道梁板伺服試驗機進行加載，試驗機能同時實現力與位移雙重控制，為了模擬簡支梁的受力特性，梁底采用兩點支撐于支座上，支撐點位于梁兩端的形式。試驗所有的力、位移和應變信號均通過DH3816采集完成。
[0014]進一步，抗剪抗彎實驗是分析鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配箍率、配筋率及剪跨比等試驗參數，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的影響。
[0015]進一步，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能試驗研究的具體方法為:
[0016](a)對9根不同鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配筋率的梁進行抗彎試驗，基于實驗結果，分析各個參數對鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能的影響；
[0017](b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎規律；
[0018](C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土受彎梁裂縫寬度、承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
[0019]進一步，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能試驗研究的具體方法為:
[0020](a)對9根不同鋼纖維體積率、剪跨比及配箍率的梁進行抗剪試驗，研究其斜裂縫的開裂和發展變化、箍筋的應力分布以及構件的破壞特征等規律；
[0021](b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪規律；
[0022](C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
[0023]進一步，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，混凝土強度等級為LC50，梁截面尺寸b*h=150mm*300mm，梁長2700mm ;本發明考慮影響抗彎性能的參數有:鋼纖維體積率:0,0.5%、1.0%、1.5% ;縱筋配筋率:0.84%、1.15%、1.91% ;鋼纖維長徑比:30、50。
[0024]進一步，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，陶粒混凝土強度等級為LC50，梁截面尺寸b*h=200mm*300mm，梁長2400mm ;本發明考慮影響抗剪強度的參數有:鋼纖維體積率:0、0.5%、1.0%、1.5% ;剪跨比 λ:1U.5、2.0 ;配箍率:0.283%,0.189%,0.142%。
[0025]效果匯總:
[0026]本發明提供的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，有很強的工程實踐意義，其成果將為鋼纖維在高強陶粒混凝土結構當中的工程應用提供技術支持。并且本發明的研究從提高其韌性等性能入手，使高強陶粒混凝土具有更廣泛的應用領域，提高泉州市廠家在高層建筑、大跨度建筑、橋梁工程等應用領域的競爭能力，以節能、抗震、經濟等優勢擴大并占領市場，廠家還可以努力拓展海外市場。更重要的是，本發明的研究開發并推廣應用將促進我國陶粒及其混凝土制品的生產和應用，為污泥、淤泥的無害化、經濟化處理提供有效途徑，減輕結構自重，降低地基和基礎處理費用，增強結構抗震能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明實施例提供的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0029]圖1是本發明實施例提供的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法的流程圖。為了便于說明，僅僅示出了與本發明相關的部分。
[0030]結合附圖1對本案例進行說明，本發明實施例公開了一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，該方法包括:
[0031]SlOl:選用淤泥一污泥復合型高強粘土陶粒作為為基礎原材料；[0032]S102:向高強粘土陶粒中添加鋼纖維，配制LC50的承重型鋼纖維高強陶粒混凝土 ;
[0033]S103:將配制好的鋼纖維高強陶粒混凝土加入到模具中，制備鋼纖維高強陶粒混凝土梁；
[0034]S104:分別對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能與抗剪性能進行試驗研究；
[0035]S105:研究隨著鋼纖維的變化，對高強陶粒混凝土梁彎剪性能增韌效果的影響，找出鋼纖維摻入的最佳參數；
[0036]S106:研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎、抗剪承載力的計算公式。
[0037]作為本案例的一優化方案，試驗采用華僑大學土木工程實驗室多通道梁板伺服試驗機進行加載，試驗機能同時實現力與位移雙重控制，為了模擬簡支梁的受力特性，梁底采用兩點支撐于支座上，支撐點位于梁兩端的形式。試驗所有的力、位移和應變信號均通過DH3816采集完成。
[0038]作為本案例的一優化方案，抗剪抗彎實驗是分析鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配箍率、配筋率及剪跨比等試驗參數，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的影響。
[0039]作為本案例的一優化方案，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能試驗研究的具體方法為:
[0040](a)對9根不同鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配筋率的梁進行抗彎試驗，基于實驗結果，分析各個參數對鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能的影響；
[0041](b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎規律；
[0042](C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土受彎梁裂縫寬度、承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
[0043]作為本案例的一優化方案，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能試驗研究的具體方法為:
[0044](a)對9根不同鋼纖維體積率、剪跨比及配箍率的梁進行抗剪試驗，研究其斜裂縫的開裂和發展變化、箍筋的應力分布以及構件的破壞特征等規律；
[0045](b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪規律；
[0046](C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
[0047]作為本案例的一優化方案，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，混凝土強度等級為LC50，梁截面尺寸b*h=150mm*300mm，梁長2700mm ;本發明考慮影響抗彎性能的參數有:鋼纖維體積率:0,0.5%、1.0%、1.5% ;縱筋配筋率:0.84%、1.15%、1.91% ;鋼纖維長徑比:30,50o
[0048]作為本案例的一優化方案，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，陶粒混凝土強度等級為LC50,梁截面尺寸b*h=200mm*300mm,梁長2400mm ;本發明考慮影響抗剪強度的參數有:鋼纖維體積率:0、0.5%、1.0%、1.5%;剪跨比λ:1、1.5、2.0 ;配箍率:
0.283%、0.189%、0.142%。
[0049]一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能試驗研究，本研究擬采用室內試驗、理論分析、數值模擬等手段綜合展開。基于實驗結果，全面研究鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配筋率等參數，對鋼纖維高強陶粒混凝土抗彎梁的破壞模式、受彎承載力、混凝土應變變化規律、荷載-撓度變化關系及裂縫開展規律的影響。并應用有限元軟件ABAQUS進行數值模擬工作。在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土受彎梁裂縫寬度、承載力的計算方法及公式。
[0050]鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能試驗研究，本研究擬采用室內試驗、理論分析、數值模擬等手段綜合展開。基于實驗結果，全面研究鋼纖維體積率、剪跨比、配箍率等參數，對鋼纖維高強陶粒混凝土抗剪梁的破壞模式、抗剪承載力、混凝土應變變化規律、荷載一撓度變化關系及裂縫開展規律的影響，并應用有限元軟件ABAQUS進行數值模擬工作。在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土抗剪梁裂縫寬度、承載力的計算方法及公式。
[0051]工作原理:
[0052]本發明提供了一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，該研究方法的步驟包括:鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能試驗研究:對9根不同鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配筋率的梁進行抗彎試驗，基于實驗結果，分析各個參數對鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能的影響；利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎規律；在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土受彎梁裂縫寬度、承載力計算方法；鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能試驗研究:對9根不同鋼纖維體積率、鋼纖維剪跨、配箍率的梁進行抗剪試驗，研究其斜裂縫的開裂和發展變化、箍筋的應力分布以及構件的破壞特征等規律:利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪規律；在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪承載力計算方法。本發明提供的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的測試方法，有很強的工程實踐意義，其成果將為鋼纖維在高強陶粒混凝土結構當中的工程應用提供技術支持。并且本發明的研究從提高其韌性等性能入手，使高強陶粒混凝土具有更廣泛的應用領域，提高泉州市廠家在高層建筑、大跨度建筑、橋梁工程等應用領域的競爭能力，以節能、抗震、經濟等優勢擴大并占領市場，廠家還可以努力拓展海外市場。更重要的是，本發明的研究開發并推廣應用將促進我國陶粒及其混凝土制品的生產和應用，為污泥、淤泥的無害化、經濟化處理提供有效途徑，減輕結構自重，降低地基和基礎處理費用，增強結構抗震能力。
[0053]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，該方法包括: 步驟一:選用淤泥一污泥復合型高強粘土陶粒作為為基礎原材料； 步驟二:向高強粘土陶粒中添加鋼纖維，配制LC50的承重型鋼纖維高強陶粒混凝土 ； 步驟三:將配制好的鋼纖維高強陶粒混凝土加入到模具中，制備鋼纖維高強陶粒混凝土梁； 步驟四:分別對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能與抗剪性能進行試驗研究； 步驟五:研究隨著鋼纖維的變化，對高強陶粒混凝土梁彎剪性能增韌效果的影響，找出鋼纖維摻入的最佳參數； 步驟六:研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎、抗剪承載力的計算公式。
2.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，試驗采用華僑大學土木工程實驗室多通道梁板伺服試驗機進行加載，試驗機能同時實現力與位移雙重控制，為了模擬簡支梁的受力特性，梁底采用兩點支撐于支座上，支撐點位于梁兩端的形式；試驗所有的力、位移和應變信號均通過DH3816采集完成。
3.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，抗剪抗彎實驗是分析鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配箍率、配筋率及剪跨比等試驗參數，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能的影響。
4.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎·性能試驗研究的具體方法為: (a)對9根不同鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比、配筋率的梁進行抗彎試驗，基于實驗結果，分析各個參數對鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能的影響； (b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗彎規律； (C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土受彎梁裂縫寬度、承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
5.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能試驗研究的具體方法為: (a)對9根不同鋼纖維體積率、剪跨比及配箍率的梁進行抗剪試驗，研究其斜裂縫的開裂和發展變化、箍筋的應力分布以及構件的破壞特征等規律； (b)利用有限元軟件ABAQUS，對鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪性能進行非線性分析，并對計算結果與試驗結果進行分析比較，以進一步研究鋼纖維高強陶粒混凝土梁的抗剪規律； (C)在理論分析和試驗資料的基礎上，探討適用于鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪承載力計算方法，并提出相關的設計建議。
6.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗彎性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，混凝土強度等級為LC50，梁截面尺寸b*h=150mm*300mm，梁長2700mm;本發明考慮影響抗彎性能的參數有:鋼纖維體積率:0、·0.5%、1.0%、1.5% ;縱筋配筋率:0.84%、1.15%、1.91% ;鋼纖維長徑比:30、50。
7.如權利要求1所述的鋼纖維高強陶粒混凝土梁的彎剪性能測試方法，其特征在于，鋼纖維高強陶粒混凝土梁抗剪性能研究中，共制作9個矩形截面試驗梁，其中8個為高強陶粒混凝土梁，I個為同強度普通混凝土梁對比件，陶粒混凝土強度等級為LC50，梁截面尺寸b*h=200mm*300mm，梁長2400mm ;本發明考慮影響抗剪強度的參數有:鋼纖維體積率:0、·0.5%、1.0%、1.5% ;剪跨比 λ:1U.5、2.0 ;配箍率:0.283%,0.189%,0.142%。
【文檔編號】G01N3/20GK103852386SQ201410100242
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】呂振利, 洪鈞銘, 張歡歡, 王梓懿, 李建鏘, 陳銘超, 張洪海, 趙天龍, 趙旭 申請人:華僑大學