箍筋约束再生混凝土受压本构模型对比分析李一鸣

箍筋约束再生混凝土受压本构模型对比分析李一鸣

李一鸣1吴超垚1

1北京建筑工程学院土木与交通工程学院北京100044

摘要：实际工程中的结构设计环节通常会运用各种有限元软件进行构件受力情况分析，其中必将涉及到材料的本构模型选取。关于普通混凝土的约束本构关系，国内外学者进行了大量的试验研究[3-15]并提出了不同适用范围的本构模型。

本文采用师兄吴超垚的《约束再生混凝土足尺试件受压应力应变全曲线试验研究》试验数据[1]，该试验设计制作了3种不同截面形式的箍筋约束再生混凝土试件，通过进行轴心受压性能试验，用以研究再生混凝土在箍筋约束条件下的力学性能。试验方案设计时，在只掺入50%再生粗骨料的配合比下又设置了同时掺入50%再生粗骨料和30%再生细骨料的对比参照组。并通过Park模型[10]、Mander模型[11]、Saatcioglu模型[12]三种不同的约束混凝土本构关系模型对试验中的约束再生混凝土试件进行结果预测，分析计算出的理论值与试验值的差异，讨论现有的约束混凝土本构模型对于约束再生混凝土的适用性。

关键词：再生混凝土；箍筋约束；混凝土本构模型

1试验设计

1.1试件设计

本人与师兄共同完成约束再生混凝土足尺试件受压试验[1]，该试验设计3种不同截面形式的约束再生混凝土试件，本文只研究圆形截面与方形截面试件的峰值强度。试件总计28根约束再生混凝土圆形柱，26根约束再生混凝土方形柱，28片约束再生混凝土矩形墙，其中包括10个素再生混凝土试件和72根箍筋约束再生混凝土试件，所有试件分成A和B两组，A组试件采用配合比1（50%再生粗骨料+不掺入再生细骨料）浇筑，B组试件采用配合比2（50%再生粗骨料+30%再生细骨料）浇筑。为了尽量避免尺寸效应对试验结果的影响，同时也考虑到20000KN长柱压力试验机能够输出的最大荷载，试件截面尺寸圆形柱选取直径500mm，高1500mm，方形柱选取450mm×450mm，高度为1200mm，接近工程实际使用的尺寸。所有试件的保护层厚度为25mm，箍筋强度等级一律采用HPB300级热轧光圆钢筋。圆柱柱采用螺旋箍筋形式，方形柱根据不同纵筋数量采用相应的箍筋形式：井字型、拉结型。本文列举圆形试件几何尺寸及配筋情况见图1-1。

截面、矩形截面形式的约束混凝土构件的计算。模型考虑了加载速率和循环加载对约束混凝土的影响。同时还分析探讨了箍筋约束混凝土的约束机理，由于“拱作用”效应引入了有效约束系数来考虑不同配箍形式对约束应力的影响。此外，还将第一根箍筋被拉断时的应变定义为约束混凝土的极限抗压应变，根据能量守恒原理，给出了约束混凝土极限应变的计算公式。但是本模型不足之处在于，公式方程是基于普通混凝土提出的，需要进一步分析对于箍筋约束的再生混凝土的适用性，而且给出的峰值应力fcc计算方法比较复杂。

2.3Razvi和Saatcioglu模型

1999年，Saatcioglu和Razvi[16]通过试验研究了46个大尺寸约束高强混凝土柱，并且收集分析了其他学者的124组关于约束高强混凝土的试验数据，在之前建立的关于箍筋约束普通混凝土的本构关系模型基础上，进行适当的修正，提出了适用于高强混凝土的约束本构关系模型，模型曲线如图1-4所示，主要计算公式如下：

4结论

通过三种不同的本构模型对A、B组各个试件的计算结果可以发现：Park模型、Mander模型、Saatcioglu模型这3种本构模型对箍筋约束再生混凝土试件的预测差异很显著，主要体现在对试件峰值应力、峰值应变以及曲线下降段的预测。总体上，曲线的上升段差别还不大，但是随着应变的增加，三种模型预测的峰值应力都小于实际测得的峰值应力，而预测的峰值应变却均大于实际测得的峰值应力。对于曲线下降段的预测，Park模型的下降段普遍比较陡，而Mander模型和Saatcioglu模型给出的下降段普遍比较平缓。但是，进行延性分析时可以看出，对于箍筋约束再生混凝土，三种模型给出预测的结果都过于乐观，与试验实测值差距非常明显。

总的来说，三种模型对于箍筋约束再生混凝土给出的预测值与试验实测值吻合度较差。毕竟各个模型都是不同学者基于各自的试验数据基础上建立的，并且各个模型考虑的影响因素以及提出的假设都不尽相同，同时对比的三种模型建立时采用的试验材料都是普通混凝土，而再生混凝土与普通混凝土材料性能上又具有很大的差异性，这也会导致预测结果的明显不同。因此，对于箍筋约束再生混凝土，直接采用现有的普通混凝土约束本构模型进行预测是不可取的，需要进行一定的修正，方能适用。

参考文献：（References）

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