再生混凝土结构的抗震性设计研究

摘 要：在保持外力恒定的情况下,通过对3种掺杂比例不同的再生骨料的再生混凝土框架和天然混凝土框架进行了不同的试验,研究了再生混凝土框架的破坏机制、强度、刚度和柔度、承载力、刚度退化、延性和耗能等性能,这些性能统称为再生混凝土框架的抗震性。我们通过对抗震性的各方面分析，可以得出再生混凝土框架的抗震能力有多少，这样对于建筑物的安全系数是极为重要的，也为框架设计提供了最有利的参考。因此，对其设计框架及设计建议的研究就显得尤为重要。

关键词：再生混凝土；抗震性；设计研究

引言

进入21世纪以来，随着经济的发展和城市化进程的加快，房地产业蓬勃发展，社会对混凝土的需求量迅速增加。粗细骨料作为制作混凝土的重要原材料之一，他的缺陷已经渐渐显露出来。因此，开发新的再生混凝土品种既解决了天然原生粗细骨料缺少的问题，又节省了废旧混凝土处理费用，并有利于环境保护，具有良好的社会经济效益。

目前，全世界混凝土的年生产量约3024平方米，中国混凝土的年产量占世界总量的百分之四十五 ，已达1500多平方米。在这些混凝土所有原材料中，粗细骨料约占混凝土总量的四分之三。再生骨料是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料。而利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。据此推算：全世界每年需要粗细骨料约2268平方米，而我国建筑行业正在蓬勃地发展，对于粗细骨料的需求量很大，我国对粗细骨料的需求约占全世界需求量的一半，而且随着发展，将来还将越来越多。对于这么大的消耗量，这个地球的天然原生粗细骨料将殆尽，因此从资源合理开发使用及可持续发展的角度，寻求原生集料的替代品非常重要。

再生混凝土是将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例与级配混合形成再生骨料，部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的新混凝土。这种混凝土的产生对于经济和社会的可持续发展具有重要意义。

1 再生混凝土框架的刚度退化

在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰点位移时，峰值荷载随循环次数得增多而降低现象称作强度退化。在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰值荷载时，峰点位移随循环次数的增多而增加的现象称为刚度退化。

我们定义结构的整体折算刚度为水平荷载与框架顶端位移的比值,用来考察框架在低周复荷载作用下的刚度衰减变化规律。而实验证明框架的正向耗能均小于反向耗能,这与正向荷载和位移小于反向荷载和位移相一致。而在同级位移下的三次循环中,由于框架在反复荷载作用下损伤积累,后两次循环的耗能小于第一次循环。不同框架之间的耗能,与其他几榀框架耗能相当。所以再生混凝土的耗能能力逊于普通混凝土框架。耗能能力还可以用功比指数和等效黏滞阻尼系数来表示。

2 再生混凝土框架的延性和耗能

延性是反映节点非弹性变形能力的一个度量指标。延性的概念，是指结构在被破坏时所发生的变形大小，变形越大，说明延性越好。常说的延性，主要指两个方面，一是构件的延性，二是整体结构的延性。这里所说的延性，是指整体结构的延性。构件破坏时的变形与屈服时的变形的比值成为构件的延性系数。延性系数越大，结构在强震作用下可以承受大的塑性变形而不破坏倒塌，可以使地震效应减小。通常要求延性系数大于3。

对于提高结构性的问题，从宏观考虑就是恰当控指混凝土框架的位置，形成合理的破坏机制。要把握好我们常说的“强柱弱梁节点更强”的抗震设计原则，此原则就是要保证在地震作用时，框架出现在梁上而不是柱子上，若出现在柱子上，结构很容易就成了可变体系，而迅速破坏，再生混凝土的延性较差，若出现在梁的两端，注意不是节点处，就好多了，即可有效的吸收地震能量，并仍然保持结构稳定，且梁端之塑性铰修复较容易。当然破坏更不能首先发生在节点处，要不然整个建筑就立即散架。再生混凝土框架具有和普通混凝土框架同等水平的变形能力。相比之下再生混凝土框架稍差。不同再生骨料掺量的再生混凝土框架的延性变化没有明显规律,不同的再生骨料掺量对混凝土框架的延性系数影响不大。

3 再生混凝土框架的刚度和柔度

一个完美的建筑结构体系应该是刚柔的和谐统一。再生混凝土框架很重要，当强大的地震力瞬间袭来时，没有足够的延性来缓冲，依靠结构的刚度来硬碰硬，容易造成局部受损进而导致整体破坏，这是说强度弱的时候；当强大的地震力瞬间袭来时，如果框架没有足够的刚度抗衡，只有依靠延性变形来消减外力，这样是指强度特别大的时候。

混凝土结构的刚度和柔度知识是相对的，而不是绝对的。刚和柔哪个多哪个少很重要。再生混凝土框架的刚度太强，则没有柔韧性，如果柔性太强，则不会太牢固分则太柔，所以刚柔适度才是我们所努力追求的。

国内外大地震频频发生，再生混凝土框架在地震中有很多有不同程度的破坏，破坏的主要形式是节点剪切破坏和锚固破坏，框架的破坏主要是因为剪切破坏。如果节点的强度有缺陷，则会出现很多缝，再生混凝土框架遭破坏，柱内纵向钢筋压屈，破坏严重的会引起整个框架倒塌，并且破坏后的修复和所耗费的费用也不容忽视。

4 再生混凝土框架的承载力

再生混凝土框架的承载力，分为很多方面，主要有受弯和受拉。作为再生混凝土框架的受力钢筋，有尺寸较大的框架，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘度，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢结，外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋。Ⅳ级钢筋焊接和冷弯性能较差，不适宜作为钢筋混 级钢筋焊接和冷弯性能较差，焊接和冷弯性能较差 凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。混凝土框架中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。混凝土和钢筋长期共同结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。混凝土框架结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，传递应力。二者具有相近的线胀系数，二者具有相近的线胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度应力和相对变形而破坏粘结力。

总之，要研究再生混凝土框架的抗震性，就要研究它的承载力、刚度和柔度、延性和耗能、以及刚度退化等多方面的因素。既然再生混凝土在当前的建筑业中意义重大，那么研究它的抗震性就显得尤为重要了。特别是在地震多发的地区，研究建筑物的抗震力到底有多少关系着人民的安全和国家的长治久安。所以，抗震性的研究设计对于再生混凝土框架来说，就显得意义重大了。

参考文献

［1］肖建庄,李佳彬,顾志强.再生混凝土技术最新进展与评述［J］.混凝土,2003,(10):17-20