堿鎂混凝土大偏心受壓柱的試驗(yàn)研究

曾翔超，余紅發(fā)

(南京航空航天大學(xué) 土木工程系，江蘇 南京 210016)

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堿鎂混凝土大偏心受壓柱的試驗(yàn)研究

曾翔超，余紅發(fā)

(南京航空航天大學(xué) 土木工程系，江蘇 南京 210016)

堿鎂混凝土具有快凝、早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗水、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。本文進(jìn)行了堿鎂混凝土和普通混凝土大偏壓柱對(duì)比試驗(yàn)。由于現(xiàn)行的普通混凝土大偏壓柱極限承載力計(jì)算公式不適用于堿鎂混凝土柱，因此提出了針對(duì)堿鎂混凝土大偏心受壓柱的修正公式。試驗(yàn)結(jié)果表明：堿鎂混凝土大偏壓柱在開(kāi)裂彎矩、極限承載力等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，破壞模式和普通混凝土相比有一定差異；配筋相同的堿鎂混凝土大偏壓柱，隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，抗裂、抗彎承載力提高，但延性降低。

堿鎂水泥；混凝土；配合比；受壓柱；承載力；偏心柱

為了發(fā)揮硫氧鎂水泥的優(yōu)點(diǎn)、克服其強(qiáng)度不高、水化不充分的缺點(diǎn)，多年來(lái)學(xué)術(shù)界一直在致力于采用外加劑技術(shù)改善其性能，發(fā)現(xiàn)在摻加某些外加劑之后硫氧鎂水泥出現(xiàn)了一種新的、未知的堿式硫酸鎂結(jié)晶相，其力學(xué)性能大大提高，在相同條件下其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均高于氯氧鎂水泥，顯示了誘人的應(yīng)用前景。為了區(qū)別于傳統(tǒng)的硫氧鎂水泥，按照水泥命名的規(guī)律，將這種形成以5·1·7相為主要水化產(chǎn)物的新型硫氧鎂水泥命名為堿式硫酸鎂水泥[1-3]。其優(yōu)點(diǎn)如下:1)力學(xué)強(qiáng)度，早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗折(抗折強(qiáng)度18.3～23.9 MPa)、抗壓強(qiáng)度45.8～56.7 MPa、折壓比1/2.1～1/3，其抗折強(qiáng)度是相同強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥材料的2～3倍左右。2)特殊的親和性和高可塑性，利用該新型特種生態(tài)膠凝材料將國(guó)家亟待解決的工農(nóng)業(yè)固體廢棄物(粉煤灰、礦渣等)、農(nóng)林三廢(秸稈、木屑等)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦徒ㄖ牧?，廣泛替代水泥、木材、磚瓦等建筑材料的同時(shí)，產(chǎn)品具有不含苯、甲醛等有毒物質(zhì)，低碳、綠色、環(huán)保、抗震、無(wú)限可塑性等優(yōu)點(diǎn)。3)抗腐蝕性能，應(yīng)用于耐腐蝕膠凝材料、海工水泥。在氯化鎂溶液中浸泡180 d后抗壓強(qiáng)度有81.3 MPa提高到97.0 MPa，增加幅度為19%，其抗腐蝕系數(shù)為1.19。堿式硫酸鎂膠凝材料可用于鹽漬土環(huán)境和海洋工程中的防腐蝕高性能混凝土?？傊?堿式硫酸鎂水泥具有快凝、早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗水、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，而且其生產(chǎn)可大量使用工業(yè)三廢、農(nóng)業(yè)三廢，其前景無(wú)疑是廣闊的[4]。

堿鎂水泥是新開(kāi)發(fā)出來(lái)不久的膠凝材料,在堿鎂混凝土的研究中發(fā)現(xiàn)堿式硫酸鎂混凝土具有超過(guò)同抗壓強(qiáng)度普通混凝土一倍以上的抗拉強(qiáng)度，較大的剛度，且具有早強(qiáng)、抗腐蝕性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。近期對(duì)堿式硫酸鎂混凝土的開(kāi)發(fā)大部分集中在外墻保溫、室內(nèi)裝飾等非承重構(gòu)件中，為了探討堿式硫酸鎂混凝土在承重結(jié)構(gòu)中，特別是在框架結(jié)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用，充分了解其在力學(xué)性能方面的優(yōu)越性，拓展其在土木工程行業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域，那么對(duì)堿鎂混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的研究是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文對(duì)堿鎂混凝土大偏心受壓柱的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，并與普通混凝土大偏心受壓柱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1 大偏壓柱試驗(yàn)

1.1 構(gòu)件的制作

本實(shí)驗(yàn)以堿式硫酸鎂水泥(含粉煤灰)為膠凝材料制備混凝土(見(jiàn)表1)。所使用的砂子為堿鎂水泥所用砂為河砂，含水率為0.8%；碎石(石灰?guī)r，強(qiáng)度較低)為10～30 mm單粒級(jí)，最大粒徑為30 mm。其中氧化鎂活性為50%，砂為中砂，粉煤灰為C級(jí)，水為自來(lái)水，砂、石含水率均為1%。筋混凝土構(gòu)件取樣澆注成型邊長(zhǎng)為100 mm的混凝土立方體試件。所制備混凝土的表觀密度約為2 400 kg/m3，塌落度C40為90，C50為11。

堿式硫酸鎂水泥混凝土的基本原料為：堿式硫酸鎂水泥、砂、石子、粉煤灰、礦渣、水。試驗(yàn)所用粗骨料為5～25 mm連續(xù)級(jí)配的碎石。細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.4。堿式硫酸鎂水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5, 普通混凝土柱所用水泥為金羚羊牌硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5。

大偏壓柱的詳圖見(jiàn)圖1，堿鎂混凝土的配合比見(jiàn)表1，普通混凝土配合比見(jiàn)表2，鋼筋性能參數(shù)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。水泥為海螺425水泥，砂、石、減水劑等材料性能指標(biāo)與堿鎂混凝土所用材料相同。其中水泥為海螺425水泥，砂、石、減水劑等材料性能指標(biāo)與堿鎂混凝土所用材料相同。

1.2 偏心受壓柱的實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

對(duì)普通混凝土柱和堿鎂混凝土柱的同批取樣試塊進(jìn)行28 d強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果是抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到C40和C50的強(qiáng)度要求；對(duì)堿鎂混凝土進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度為同標(biāo)號(hào)普通混凝土抗拉強(qiáng)度的一倍。

圖1 大偏壓柱配筋圖Fig.1 Details of the large eccentric compression column

Table 1 Mix proportion of basic magnesium sulfate cement concrete

類別水泥/kg砂/kg石子/kg水/kg砂含量/%水膠比C40530668113713234.30.27C50530679113115837.50.27

表2 普通混凝土1 m3材料用量

Table 2 Material dosage of portland cement concrete every cubic meter

類別水泥/kg砂/kg石子/kg水/kg奈系減水劑/kgC4039564912061502.765C5047261311391704.720

試驗(yàn)前除按照混凝土構(gòu)件測(cè)試規(guī)范的要求制作鋼柱帽鋼柱靴。偏心距為170 mm，柱帽加載點(diǎn)位置處粉筆標(biāo)注。

1.3 堿式硫酸鎂水泥鋼筋混凝土偏心受壓柱加載試驗(yàn)研究

1)儀表布置：

①加荷用500 t長(zhǎng)柱壓力試驗(yàn)機(jī)；

②測(cè)撓度用百分表支架固定百分表；

③測(cè)鋼筋應(yīng)力用電阻應(yīng)變儀及平衡預(yù)調(diào)箱；

④測(cè)定混凝土應(yīng)變用混凝土應(yīng)變片。

測(cè)點(diǎn)及儀表布置如圖2所示。

本次實(shí)驗(yàn)在牛腿柱外平面(加載后的受拉側(cè))的跨中和距兩個(gè)柱頭300 mm處分別設(shè)置一個(gè)位移計(jì)(見(jiàn)圖2),通過(guò)動(dòng)態(tài)3817動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)連續(xù)采集，測(cè)量柱的撓度沿柱高的變化。

圖2 試驗(yàn)中的大偏壓柱加載裝置Fig.2 Schematic diagram of loading machine in the experiments

布置了混凝土應(yīng)變片的柱三個(gè)面為側(cè)面、柱牛腿受拉平面(即牛腿柱外平面)、牛腿柱受壓面(即牛腿柱內(nèi)平面)。其中側(cè)面粘貼3個(gè)等間距豎向應(yīng)變片是為了測(cè)定大偏壓柱是否滿足平截面假定，其他兩個(gè)面只在跨中區(qū)域分別粘貼橫向應(yīng)變片和豎向應(yīng)變片。

鋼筋應(yīng)變片布置在四根主筋的跨中位置，試驗(yàn)中，電阻應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)值采集通過(guò)東華3815靜態(tài)采集系統(tǒng)采集完成。

2)試驗(yàn)步驟：臨近開(kāi)裂時(shí)，荷載減半，直至開(kāi)裂，記下開(kāi)裂荷載；開(kāi)裂后，逐級(jí)加荷，直至破壞，記下破壞荷載。

3)檢查儀表，調(diào)整儀表初讀數(shù)。

4)分級(jí)加載，開(kāi)裂前每級(jí)加載20 kN，開(kāi)裂后，每級(jí)加載4 kN，縱向鋼筋受力屈服后，每級(jí)加載2 kN。滿載后分2級(jí)卸載。加卸載每級(jí)停歇時(shí)間5 min，并在前后兩次加載的中間時(shí)間內(nèi)讀數(shù)并記錄，數(shù)據(jù)填入記錄。

5)參照估算的試驗(yàn)柱開(kāi)裂荷載值，分級(jí)緩慢加載，加載間隙注意觀察裂縫是否出現(xiàn)。

6)每級(jí)加載后，在間歇時(shí)間內(nèi)測(cè)讀并記錄千分表和百分表以及壓力機(jī)荷載讀數(shù)。

7)所加荷載約為試驗(yàn)柱估算的破壞荷載的60%～70%時(shí)，用讀數(shù)放大鏡測(cè)讀試驗(yàn)柱上最大裂縫寬度、用直尺量測(cè)裂縫間距。

8)加載至試驗(yàn)柱破壞,記錄壓力機(jī)荷載讀數(shù)。

2 試驗(yàn)過(guò)程與分析

2.1 大偏心受壓破壞過(guò)程描述

堿鎂混凝土大偏壓破壞始于受拉區(qū)鋼筋屈服，然后受壓區(qū)混凝土壓碎，整個(gè)構(gòu)件屈服破壞，有明顯屈服過(guò)程，類似于延性破壞。

堿鎂水泥混凝土柱開(kāi)裂荷載為170 kN，裂縫在牛腿側(cè)面跨中上側(cè)出現(xiàn)，此時(shí)跨中撓度為1.17 mm；隨著荷載的增加，裂縫逐漸對(duì)稱出現(xiàn)在遠(yuǎn)離跨中的位置至柱頂和柱腳；隨著荷載進(jìn)一步增加至破壞荷載65%，裂縫逐漸變寬并向牛腿柱側(cè)面延伸發(fā)展；隨著荷載進(jìn)一步增加至320 kN，牛腿柱側(cè)面底部有裂縫出現(xiàn)，并向上延伸。

接近屈服荷載時(shí)，受壓區(qū)(牛腿柱正面)開(kāi)始起皮，出現(xiàn)細(xì)小裂縫；當(dāng)受拉區(qū)裂縫寬度急劇增大，牛腿柱向加載方向明顯側(cè)彎時(shí)，受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變片顯示受拉鋼筋屈服；此時(shí)沒(méi)有進(jìn)一步增加荷載，受壓區(qū)混凝土表面仍然繼續(xù)開(kāi)裂并擴(kuò)展、變寬，直至大片混凝土表面脫落，露出的壓筋已經(jīng)屈服變彎，此時(shí)數(shù)采儀荷載讀數(shù)為450 kN，柱中撓度為3.4 mm。但直至構(gòu)件屈服破壞，牛腿柱側(cè)面裂縫都沒(méi)有進(jìn)一步延伸至牛腿柱正面,且箍筋應(yīng)變片讀數(shù)顯示箍筋遠(yuǎn)未屈服。此時(shí)堿鎂水泥混凝土柱的破壞過(guò)程和破壞特征類似于普通硅酸鹽混凝土柱，但破壞荷載明顯高于普通砼柱(在相同混凝土強(qiáng)度等級(jí)條件下)。堿鎂混凝土柱裂縫展開(kāi)圖如圖3所示。

圖3 大偏壓柱三面裂縫展開(kāi)圖Fig.3 Diagram of cracking expansion of the column

圖4數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，相同荷載作用下，堿鎂砼柱比普通砼柱的變形大，顯示了較小的剛度；堿鎂砼柱也比普通砼柱的極限變形大。

試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)結(jié)果還顯示，柱在大偏心荷載作用下的最大位移一般不是發(fā)生在跨中，而是稍稍偏上或偏下，這與設(shè)計(jì)中的箍筋位置、施工過(guò)程產(chǎn)生的誤差等因素有關(guān)。

圖4 堿鎂混凝土大偏壓柱破壞形態(tài)Fig.4 Failure modes of the large eccentric compression column of BMS

從圖5對(duì)比曲線可以看出，堿鎂混凝土大偏壓柱下降段較平緩，說(shuō)明其延性好于普通砼。

圖6中可見(jiàn)，無(wú)論普灰還是堿鎂柱，隨著荷載的增加，鋼筋應(yīng)變的增加開(kāi)始時(shí)比較緩慢，以后逐漸加快，當(dāng)應(yīng)力到達(dá)屈服點(diǎn)后，鋼筋應(yīng)變急劇加快。

從圖7中可見(jiàn)，荷載作用下，加載至極限荷載80%以前，荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線接近直線；隨著荷載的增加，應(yīng)變發(fā)展加快，曲線開(kāi)始非線性發(fā)展。

圖5 大偏壓構(gòu)件荷載-跨中撓度對(duì)比曲線Fig.5 Relation curves between the loading and the deflection of the large eccentric compression column at the midspan

圖6 大偏壓柱鋼筋拉應(yīng)變-相對(duì)荷載曲線Fig.6 Relation curves between the relative loading and the relative deflection of the large eccentric compression column at the midspan

圖7 大偏壓相對(duì)荷載-壓筋應(yīng)變對(duì)比曲線Fig.7 Relation curves between the relative loading and the strain of compressive reinforcement of the large eccentric compression column at the midspan

1.5 堿鎂混凝土柱正截面受彎承載力計(jì)算基本假定

堿鎂混凝土大偏壓構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算與普通鋼筋混凝土計(jì)算的主要不同之處，在于要考慮截面受拉區(qū)堿鎂混凝土的抗拉作用。在分析堿鎂混凝土柱正截面受力過(guò)程時(shí)，必須滿足幾何、物理和靜力三方面的關(guān)系。

1)變形協(xié)調(diào)幾何關(guān)系-平截面假定。

從圖9可知，堿鎂混凝土大偏壓構(gòu)件完全符合平截面假定。

2)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，正截面承載力計(jì)算時(shí)受力鋼筋采用簡(jiǎn)化的理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，即鋼筋的應(yīng)力取等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積，但不大于鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?？v向鋼筋的極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。

其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系方程為

δs=EsAs≤fy

3)堿鎂混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：

y=x+x2+x3(0≤x<1)

4)關(guān)于截面拉區(qū)堿鎂混凝土的貢獻(xiàn)。

在普通混凝土大偏壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算時(shí)，一般不考慮截面拉區(qū)混凝土的貢獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)以往分析發(fā)現(xiàn)，如果考慮了混凝土的抗拉強(qiáng)度，截面最終承載力的增加不會(huì)超過(guò)1.5%。因此其對(duì)破壞彎矩的影響非常微小可忽略不計(jì)。而對(duì)于堿鎂混凝土受彎構(gòu)件，混凝土具有較高的抗拉強(qiáng)度(尤其是較高強(qiáng)度的堿鎂混凝土)，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，拉區(qū)堿鎂混凝土的拉力對(duì)柱截面承載力的貢獻(xiàn)隨著縱筋配筋率的變化約在10%～30%范圍內(nèi)變化，因此在正截面受彎承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮截面拉區(qū)堿鎂混凝土拉力的貢獻(xiàn)。

2.2 堿鎂混凝土大偏壓柱正截面計(jì)算公式

從表3中可以發(fā)現(xiàn)堿鎂混凝土大偏壓柱承載力比普通混凝土大偏壓柱高約20%，需要對(duì)普通混凝土大偏壓計(jì)算公式進(jìn)行修訂，須考慮受拉區(qū)堿鎂混凝土對(duì)承載力的貢獻(xiàn)。

表3 大偏壓柱承載力統(tǒng)計(jì)表

Table 3 Statistical table of the capability of the large eccentric compression column kN

2.2.1 矩形截面堿鎂大偏壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖

仿照普通混凝土，將截面上的曲線應(yīng)力圖形等效為矩形應(yīng)力圖形的原則為

1)等效矩形應(yīng)力圖形的面積與理論圖形的面積相等，即拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的合力大小不變；

2)等效矩形應(yīng)力圖的形心位置與理論應(yīng)力圖形的形心位置相同，即壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的合力作用點(diǎn)不變;

3)不考慮主裂縫斷面，考慮未開(kāi)裂面和開(kāi)裂面的平均效應(yīng)。

堿鎂混凝土柱正截面破壞時(shí)的等效應(yīng)力分布如圖8所示。

圖8 矩形截面大偏壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.8 Stress distribution of rectangular section beam

圖8中受壓區(qū)高度x可取截面應(yīng)變保持平面的假定所確定的中和軸高度乘以系數(shù)β1=0.78，壓應(yīng)力值可由堿鎂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc乘以系數(shù)ɑ1確定。當(dāng)堿鎂混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，ɑ1取為1.0。

(1)

混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)按下列公式確定：

0.9fcbx=0.25ftb(h-x/0.77)+fyAs+N

(2)

(3)

ei=e0+ea

(4)

式中：N為柱所受的縱向力；e為軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉普通鋼筋的距離；ei為初始偏心距；a為縱向受拉普通鋼筋至截面近邊緣的距離；e0為軸向壓力對(duì)截面重心的偏心距；ea為附加偏心距，其值應(yīng)取20 mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的較大值。

當(dāng)偏心受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比l0/i>34-12(M1/M2)時(shí)，控制截面的彎矩應(yīng)按下式：

M=CmηnsM2

(5)

(6)

式中:Cm為偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)；M1、M2為求得的柱端彎矩，絕對(duì)值較大端為M2，絕對(duì)值較小端為M1；ηns為彎矩增大系數(shù)，e0=M2/N; 當(dāng)Cmηns<1時(shí)，取Cmηns=1；h0為截面有效高度。

2.2.3 混凝土受壓區(qū)高度符合的條件

x≤xb

(7)

由于堿鎂混凝土柱受拉區(qū)混凝土的抗拉作用不能忽略，故導(dǎo)致受壓區(qū)混凝土等效高度x增大，使得極限彎矩提高，即相當(dāng)于增加了受拉區(qū)鋼筋的效果。但x增大到一定值，就會(huì)發(fā)生類似小偏壓的破壞，即受壓區(qū)混凝土壓碎導(dǎo)致的柱破壞。

2.2.4 柱的界限相對(duì)受壓區(qū)高度以及配筋率限值

通常認(rèn)為，對(duì)非均勻受壓構(gòu)件，混凝土的極限壓應(yīng)變達(dá)到εcu或者受拉鋼筋的極限拉應(yīng)變達(dá)到0.01，即這兩個(gè)極限應(yīng)變中只要具備其中一個(gè)，就標(biāo)志著構(gòu)件達(dá)到了承載能力極限狀態(tài)。

偏心受壓柱的界限相對(duì)受壓區(qū)高度是指：當(dāng)構(gòu)件達(dá)到極限承載力時(shí)，正截面受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變值，同時(shí)受壓區(qū)邊緣堿鎂混凝土也達(dá)到極限壓應(yīng)變值，此時(shí)構(gòu)件處于適筋與超筋之間的界限狀態(tài)而破壞，其界限狀態(tài)換算受壓區(qū)高度xb與截面有效高度h0的比值稱為界限相對(duì)受壓區(qū)高度，以ξb表示。

根據(jù)應(yīng)變平截面假定以及界限相對(duì)受壓區(qū)高度的定義，代入β=0.78值、本試驗(yàn)所用HRB400鋼筋的fy實(shí)測(cè)值以及堿鎂混凝土的εcu值，可求出本文試驗(yàn)中堿鎂混凝土柱的ξb值為

ξb=β/(1+fy/εcuEs)=0.576

(8)

雖然堿鎂混凝土柱截面的受壓區(qū)等效系數(shù)β比普通混凝土柱小，但由于堿鎂混凝土受壓邊緣的極限壓應(yīng)變?chǔ)與u為5 100 με，使得堿鎂混凝土柱的ξb比采用同種配筋的普通混凝土柱大。由式(1)可以看出，當(dāng)柱的實(shí)際配筋率大于界限狀態(tài)破壞時(shí)的配筋率時(shí)，即實(shí)際的ξ>ξb時(shí)，則柱破壞時(shí)鋼筋應(yīng)力σs小于其相應(yīng)的屈服強(qiáng)度f(wàn)y,屬于小偏壓破壞；反之，當(dāng)ξ<ξb時(shí)，柱所配鋼筋在受彎破壞時(shí)能夠屈服，屬于大偏壓破壞。因此，ξb是衡量偏心受壓柱破壞時(shí)鋼筋強(qiáng)度能否充分利用的一個(gè)特征值。

當(dāng)ξ=ξb時(shí)，柱相應(yīng)的配筋梁為最大配筋率。

普通混凝土柱其他計(jì)算公式則適用于堿鎂混凝土柱，如開(kāi)裂荷載、撓度、剛度、裂縫平均間距、最大裂縫寬度等。

2.2.5 美國(guó)混凝土規(guī)范和歐洲規(guī)范的相關(guān)計(jì)算

ACI318-99中：

(9)

(10)

按美國(guó)規(guī)范的大偏壓柱承載力計(jì)算結(jié)果：C40 為319 kN, C50為341 kN。

歐洲規(guī)范對(duì)大偏壓柱的計(jì)算相關(guān)規(guī)定：對(duì)稱配筋條件下,受拉鋼筋屈服,如果同時(shí)滿足受壓鋼筋也屈服的條件,在大偏心情況下有

NEd=ηfcdb(ξd)

(11)

(12)

式中：d2為受壓鋼筋至受壓區(qū)邊緣的距離。若受壓鋼筋沒(méi)有屈服,則

(14)

如果受壓鋼筋不能屈服,則說(shuō)明受壓區(qū)高度較小,受壓鋼筋發(fā)揮的作用也比較小。計(jì)算柱的彎矩承載力時(shí),當(dāng)受壓高度小于某個(gè)值時(shí),可以保守的取為受拉鋼筋對(duì)受壓鋼筋點(diǎn)的力矩。為保證受壓混凝土形心在受壓鋼筋形心之外,中國(guó)規(guī)范將該受壓高度值取為2d2。

因此,當(dāng)受壓高度值小于2d2時(shí),歐洲規(guī)范指定的受壓鋼筋一定不會(huì)屈服,可以直接使用規(guī)定臨界受壓高度值為2d2，即有

MEd=fydAs(d-d2)

(15)

按歐洲規(guī)范的大偏壓柱承載力計(jì)算結(jié)果如下：堿鎂C40 為237.9kN,堿鎂C50為259.36kN。

3 結(jié)論

1)堿鎂混凝土大偏心受壓柱與普通混凝土大偏壓柱破壞形態(tài)類似，但極限承載力高30%左右；

2)隨著堿鎂混凝土強(qiáng)度提高，大偏壓柱的開(kāi)裂荷載和極限承載力小幅提高，但延性有所下降；

3)普通混凝土大偏壓柱的承載力計(jì)算公式不適用于堿鎂混凝土柱，需考慮受拉區(qū)堿鎂混凝土的作用；普通混凝土柱的抗裂彎矩和撓度計(jì)算、最大裂縫寬度計(jì)算公式仍然適用于堿鎂混凝土大偏壓構(gòu)件；

4)堿鎂混凝土大偏心受壓柱比普通混凝土大偏壓柱的延性好的多。

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本文引用格式：

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Study on large eccentric compression column of basic magnesium sulfate cement concrete

ZENG Xiangchao, YU Hongfa

(Department of Civil Engineering, Nanjing University of Aeronautic and Astronautic, Nanjing 210016, China)

Basic magnesium-sulfate concrete has the advantages of being fast-setting, having both early and high strength, and being resistant to water and corrosion. In order to explore the performance differences between basic and magnesium-sulfate concrete, we conduct comparison tests on large-eccentricity columns. The results show that the column made from concrete containing magnesium sulfate has advantages in relation to cracking bending moment and ultimate bearing capacity, and that some differences exist in relation to failure modes in comparison with the common-concrete column. For magnesium-sulfate-concrete large-eccentricity columns with the same rebar content, cracking resistance and bending resistance increase with concrete strength, but the ductility decreases. Because the existing formula for calculating the ultimate bearing capacity of a common-concrete large-eccentricity column is not applicable to an alkali magnesium-sulfate large-eccentricity compressive concrete column, we propose a revised formula that is applicable.

basic magnesium sulfate cement (BMS); concrete; mix design; compression column; the ultimate capacity; eccentric column

2016-03-30. 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2017-03-30.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1407104)；江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科資助項(xiàng)目(PAPD).

曾翔超(1977-)，男，博士研究生； 余紅發(fā)(1964-), 男，教授，博士生導(dǎo)師.

余紅發(fā)， E-mail: yuhongfa@nuaa.edu.cn.

10.11990/jheu.201603105

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20170330.0953.008.html

TU528

A

1006-7043(2017)06-0852-07