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工程科学与技术,国际期刊20(2017)151完整文章橡胶骨料混凝土梁性能的解析法Priyanka Asutkara,S.B.拉凯什?帕特尔?欣德aaMGM Jawaharlal Nehru Engineering Collage,Aurangabad,MH,IndiabSagar Institute of Research Technology and Science,Bhopal,MP,India阿提奇莱因福奥文章历史记录:2016年4月2日收到2016年6月21日修订2016年7月15日接受2016年7月26日在线发布保留字:橡胶集料初始函数梁法A B S T R A C T混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料之一。许多科学家和研究人员正在寻求开发环境友好并有助于可持续发展的替代建筑材料每天都会产生大量的橡胶轮胎废物,这造成了处置问题,并带来了许多环境问题。由于这种废橡胶废料是具有较小比重的弹性材料,因此能量吸收材料可以用作获得轻质混凝土的替代材料本研究尝试用粗骨料部分取代橡胶骨料,研究其对混凝土性能的影响。用橡胶集料取代混凝土中的粗集料,取代率从0%到20%,每增加5%,配制出一种改性混凝土。在固化28天后,每百分比的替换物浇铸3个立方体并进行测试。用混凝土立方体试验测定了改性混凝土的密度、抗压强度和弹性等物理力学性能,并进一步用初始函数法(MIF)解析MIF是一种分析方法,它利用梁的弹性性质和理论载荷来分析梁,而不进行任何实验程序。将MIF的分析结果与弯曲理论的分析结果进行了比较©2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。1. 介绍砂和骨料的稀缺性和可用性在合理的价格,现在给建筑业的焦虑。多年来,森林砍伐和从河床、湖泊和其他水体中提取天然骨料导致了巨大的环境问题。因此,为了防止污染,当局对天然骨料的提取和破碎施加越来越严格的限制。克服这个问题的最好方法本研究用天然集料部分取代10 ~ 20mm大小的废旧轮胎橡胶集料用于水泥混凝土中。这种用橡胶代替粗骨料的尝试*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 : priyaasutkar1992@gmail.com ( P.Asutkar ) ,sb_shinde@gmail。com(S.B. Shinde),rakeshasct@gmail.com(R. Patel)。由Karabuk大学负责进行同行审查骨料将节省天然骨料,减轻结构重量,并有助于实现可持续性。1.1. 初始函数法(MIF)MIF最早由Malieev于1951年提出,并由Vlasov于1955年进一步发展。由一种以上材料制成的梁称为组合梁。用一般梁的弯曲理论分析层合梁是困难的在MIF中,复合材料层合梁的弯曲方程的推导,而不作任何假设的物理行为的梁。采用初始函数法(MIF)推导方程。它是弹性理论的一种分析方法,允许我们获得某些类型问题的精确解,而无需使用关于结构元件应力应变状态特征的假设近年来,MIF已被广泛用于各种问题的分析例如,圆柱壳的三维弹性方程通过假定泰勒级数展开来求解应力和位移[18]。http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.07.0072215-0986/©2016 Karabuk University.出版社:Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页:www.elsevier.com/locate/jestch152P. Asutkar等人。/工程科学与技术,国际期刊20(2017)151符号L梁长H梁高b梁宽混凝土密度E杨氏F混凝土抗压强度G剪切弹性l泊松垂直位移X切应力rx弯曲应力2. 文献综述使用硫化轮胎橡胶来开发故意低弹性模量和高延展性的ECC修补材料,以减轻由受限干燥收缩引起的修补失败[1]。用不同比例的粗骨料取代轮胎骨料,并与普通混凝土进行对比。确定了新拌混凝土和硬化混凝土的强度[2]。橡胶废料添加剂降低静态和动态弹性模量[3]。高掺量的废旧轮胎橡胶颗粒用于混凝土中,可以提高混凝土的工作性,生产轻质混凝土[4]。100%取代橡胶片的混凝土抗压强度降低90%。然而,当橡胶粉100%替代混凝土中的砂子时,强度降低了80%[5]。用废旧橡胶代替混凝土中的粗骨料会导致抗压强度和密度降低[6]。在M35混合料中加入橡胶轮胎骨料Fig. 1.橡胶骨料10不同的百分比。观察到压缩和拉伸强度逐渐降低。在混凝土中可以添加高达8%的橡胶骨料,而不会显著降低强度[7]。橡胶的替代增加了混凝土中的透水性深度,并增加了吸水率,但在水泥置换的情况下降低了吸水率。[8]的一项建议。随着废轮胎橡胶替代率的增加,坍落度值降低,加工性能下降。抗压强度、劈裂抗拉强度和弯曲强度也会降低。在橡胶混凝土中,用橡胶颗粒代替15%的粗骨料,强度损失为45%[9]。用10- 30%的橡胶粉代替传统的细骨料该混凝土具有优异的热性能和图二. 混凝土立方体。表3混凝土的抗压强度和密度5% 657.67 29.23 7.56 2240.702表2配合比(kg/m3)。替换率水泥(公斤)水(升)(W/c = 0.50)细骨料(kg)粗骨料(kg)橡胶骨料(kg)0%的百分比364.81225.17610.431239.64–百分之五437.77224.2590.031177.6523.30百分之十437.77224.2590.031115.6746.73百分之十五437.77224.2590.031053.6970.101百分之二十437.77224.2590.03991.7193.46表1所用材料的物理性质更替率极限荷载(kN)抗压强度(N/mm2)立方体重量(kg)密度(kg/m3)材料比重体积密度(kg/m3)0%的百分比713.2531.78.1524141.81橡胶集料1.10650百分之十576.2225.617.232143.14细集料2.61650百分之十五480.0521.346.511928.88P. Asutkar等人 /工程科学与技术国际期刊20(2017)151-159153声学性能比素混凝土的导热系数降低;吸声系数和降噪系数增加[10]。初始函数法用于平面应力和平面应变条件下的二维弹性动力学问题[11]。MIF已被应用于推导复合材料层合厚矩形板的高阶理论[12]。用初函数法研究了两层正交各向异性材料的组合梁,并建立了控制方程[13]。所得结果与基于有限元的软件ANSYS获得的结果进行比较,观察到它们具有可比性[14]。MIF已成功应用于钢筋混凝土砖层的分析[15]。初始函数的方法用于查看弹性特性对梁行为的影响[16]。 由MIF得到的挠度等于由其他理论得到的挠度计算结果表明,MIF法在梁的分析中是成功的(a) 普通混凝土立方体。(b) 含有5%橡胶骨料的立方体。(c)含有10%橡胶集料的立方体。(d)含有15%橡胶骨料的混凝土立方体。(e)含有20%橡胶骨料的混凝土立方体。图三. 混凝土立方体的破坏。××154P. Asutkar等人。/工程科学与技术,国际期刊20(2017)151[17]第10段。MIF给出了正确的结果,无论是浅梁和深梁。同样,在这种方法中,不需要假设中性轴的位置;它本身包含中性轴的位置。因此,它的结论是,由MIF所做的分析提供了任何深度的梁截面的更现实的行为。3. 材料和方法实验工作所用的材料是53级普通硅酸盐水泥(OPC)、细度模数为2.40的河砂、天然骨料和尺寸范围为10至20 mm的橡胶骨料。图1所示的橡胶骨料是通过切碎重型车辆废轮胎橡胶获得的。表1示出了制备如表2所示的橡胶混凝土的配合比所需的材料的物理性质,使用M25级混凝土。替换的百分比对于每一个百分比的立方体尺寸150 - 150 - 150毫米的三个试样铸造和测试后,28天的固化。浇筑的混凝土立方体如图所示。 二、3.1. 混凝土立方体根据IS 516:1959混凝土强度测试方法测试重量前表4载荷和弹性性能。记录混凝土立方体的体积,以确定混凝土的密度混凝土立方体在2000 kN抗压强度试验机上进行试验。在没有冲击的情况下施加载荷,并以约140 kg/cm 2/min的速率连续增加,直到样品对增加的载荷的抵抗力消失,并且不能维持更大的载荷然后,应记录施加到试样上的最大荷载,并记录混凝土外观和破坏类型中的任何异常特征(见表3)。图 0%和5%置换韧性破坏3例即在失效之前发生大范围的塑性变形和能量吸收。当置换率为10%~15%时,发生弹性破坏。当荷载作用在试件上时,它吸收了更多的能量,但在破坏后,由于混凝土中的橡胶集料,当施加的荷载被移除时,所形成的裂缝在一定程度上得到了恢复。当置换量为20%时,裂纹扩展速度很快。裂纹几乎垂直于所施加应力的方向扩展。与其他混凝土配合比相比,这些试件承载的极限荷载较小,但韧性较高4. 组合梁的多体干涉法和弯曲理论分析为了得到应力和位移,使用MIF橡胶骨料代替混凝土中的粗骨料,材料粗骨料载荷Po(kN)E(N/mm2)G(N/mm2)L橡胶集料取代粗集料混凝土010028729.131197.470.20598.8024658.0610274.190.201097.5021589.828995.750.201593.2016827.657011.520.202085.2014284.555951.890.20表5梁承受100 kN的点荷载梁深(mm)050100150200250300350400MIFV(mm)0.5120.5120.5120.5110.5110.5110.5110.5100.511X(N/mm2)0.0000.5300.8100.9300.9600.9200.7900.5100.000rx(N/mm2)-6.265-4.580-2.870-1.8000.4811.9853.9305.7407.670弯曲理论V(mm)0.4300.4300.4300.4300.4300.4300.4300.4300.430rx(N/mm2)-7.500-5.600-3.750-1.9000.0001.9003.7505.6007.500表6梁的点荷载为98.80 kN。梁深(mm)050100150200250300350400MIFV(mm)0.5790.5790.5790.5760.5760.5770.5750.5750.574X(N/mm2)0.0000.4300.7300.8800.9300.8500.6700.3800.000rx(N/mm2)-6.246-4.430-2.801-1.4200.3701.8753.7115.5757.530弯曲理论V(mm)0.5000.5000.5000.5000.5000.5000.5000.5000.500rx(N/mm2)-7.410-5.550-3.705-1.8520.0001.8523.7055.5507.410表7梁的点荷载为97.50 kN。梁深(mm)050100150200250300350400MIFV(mm)0.6480.6480.6460.6460.6440.6440.6410.6410.641X(N/mm2)0.0000.4000.6800.8400.8800.8100.6400.3500.000rx(N/mm2)-6.036-4.364-2.620-1.3720.3501.8403.6855.4857.325弯曲理论V(mm)0.5650.5650.5650.5650.5650.5650.5650.5650.565rx(N/mm2)-7.310-5.475-3.650-1.8200.0001.8203.6505.4707.310P. Asutkar等人 /工程科学与技术国际期刊20(2017)151-159155表8梁的点荷载为93.20 kN。梁深(mm)050100150200250300350400MIFV(mm)0.8050.8050.8020.8020.8000.8000.8000.8000.800X(N/mm2)0.0000.3900.6600.8100.8500.7800.6200.3500.000rx(N/mm2)-6.015-4.080-2.560-1.1100.2901.7553.5695.4507.068弯曲理论V(mm)0.6940.6940.6940.6940.6940.6940.6940.6940.694rx(N/mm2)-6.990-5.240-3.490-1.7400.0001.7403.4905.2406.990表9梁的点荷载为85.50 kN。梁深(mm)050100150200250300350400MIFV(mm)0.9190.9190.9160.9150.9110.9110.9100.9100.910X(N/mm2)0.0000.3800.6400.7900.8300.7600.6000.3400.000rx(N/mm2)-5.660-4.060-2.540-1.0600.1501.6103.5005.1306.440弯曲理论V(mm)0.7470.7470.7470.7470.7470.7472.6520.7470.747rx(N/mm2)-6.390-4.790-2.590-1.5900.0001.5902.5904.7906.390见图4。 (a)通过MIF测量的梁的位移与深度。(b)用弯曲理论计算梁的位移与梁高的关系。¼2LLL156P. Asutkar等人。/工程科学与技术,国际期刊20(2017)151形成复合材料。这种复合材料的混凝土梁不能用一般的理论来分析。因此,在这项研究中使用MIF,其中弹性性能和理论载荷用于分析梁,而不进行任何弯曲试验或实验程序。改性混凝土的弹性性能(E,G,l)由混凝土立方体试验结果确定。 根据养护28天后立方体的特征抗压强度,按梁的极限状态设计,计算理论荷载Po。理论载荷Po的计算值见表4。使用经验关系式E= 0.043d1.5f0.5 [01]确定弹性模量(E这种关系取决于固化28天后混凝土的特征抗压强度和密度,适用于密度在1440-2560kg/m3范围内的l是常数,所有情况下,G通过使用表达式GE.ð1þÞ针对特定问题选择以下梁尺寸值。H= 400 mm,l= 2000 mm,b= 150 mm。简支边的边界条件由下式给出X=Y=v=0,在X=0和X=L.假设梁的顶面上有一个点荷载。快递-正弦级数中点荷载的解由下式给出:px2PoX1sinpxn1在梁的整个深度上绘制每个置换百分比的曲线图图4示出了沿梁的深度的位移变化。位移(v)的变化在整个深度上几乎是线性的。橡胶集料取代混凝土中粗集料的比例越大,混凝土中橡胶集料取代率越高。较少变化-与正常梁相比,观察到5%和10%的位移,但15%和20%的位移更大。与弯曲理论结果相比,MIF位移结果显示了准确的位移,即梁的每个深度处的位移都不同。图图5示出了在梁的深度上不同置换百分比的剪应力的变化。由于剪应力在梁中心最大、在梁支座处为零的物理条件已完全满足,因此不需要用弯曲理论来验证剪应力的计算结果橡胶集料取代混凝土中粗集料的比例越大,剪应力越小.图6显示了不同置换率下梁的弯曲应力沿深度的变化。曲线轮廓表明,MIF和弯曲理论的结果基本一致,差异较小。根据弯曲理论,弯曲应力在中性轴处为零,在纤维顶端最大,但MIF的结果表明,弯曲应力并不精确它有一个非零值。弯曲应力随着在梁的每50 mm深度处确定应力和位移4.1. 分析结果和讨论以下是用MIF和弯曲理论确定的应力和位移的分析结果。在不进行任何实验程序的情况下,利用梁的弹性性质和载荷来分析梁.对梁的每一个置换率进行了分析,并将MIF的结果与弯曲理论结果进行了比较。表5这些结果将在下文中讨论,橡胶集料取代粗集料的百分比混凝土中的门增加。弯曲应力的减少小于15%,但在20%的置换时突然减少12%4.2. MIF与弯曲理论图图7和图8示出了在混凝土中用橡胶集料取代5%粗集料的结果。从图 对于弯曲应力,MIF结果与弯曲理论结果几乎相等,相差小于10%。图8显示了MIF和弯曲应力结果的差异小于15%。用弯曲理论计算的位移曲线是一条直线,而在MIF情况下,直线的形状是不规则的。本文给出了用MIF方法计算的考虑了弹性模量的弹性模量的分析结果。图五、剪应力与梁的高度通过MIF。P. Asutkar等人 /工程科学与技术国际期刊20(2017)151-159157见图6。 (a)弯曲应力与梁的高度通过MIF。(b)用弯曲理论计算梁的弯曲应力与梁高的关系.材料,由此获得了沿梁的深度的应力和位移的精确变化。而弯曲理论是基于截面性质和假设的。5. 结论在上述工作的基础上,本文得出以下结论。橡胶集料的比重和容重均小于天然粗集料。橡胶集料具体的增长。因此,获得了轻质混凝土,这有助于减轻结构的重量。但橡胶集料用量增加,混凝土的抗压强度降低,韧性提高。橡胶集料的最佳取代率可达15%。结论是这种混凝土不能用于需要高强度的结构构件它可以用于其他建筑元件,如隔离墙、道路屏障、人行道、人行道等。其在建筑行业中具有158P. Asutkar等人。/工程科学与技术,国际期刊20(2017)151见图7。 弯曲应力的比较。见图8。 位移的比较通过使用MIF,可以获得应力和位移的精确结果。由于考虑了材料的弹性性质,因此,本文给出了用MIF而弯曲理论是建立在假设基础上的。因此,用弯曲理论对MIF结果进行验证表明,MIF给出的结果接近精确结果。引用[1] 黄晓燕,Ravi Ranad,Wen Ni,Victor C.李,关于使用再生轮胎橡胶开发低弹性模量ECC用于耐久性混凝土修补,Constr. Build. Mater. 46(2013)134-141。[2] K.M. Kotresh,Mesfin Getahum Belachew,废轮胎橡胶作为混凝土骨料的研究,国际科学杂志. 3(4)(2014)433-436。[3] 张文,张文,张文,等.橡胶废弃物混凝土的力学性能研究.北京:机械工程出版社,2001. Sci. 13(3)(2007)219-223。[4] M.R.普拉尚特?瓦克乔雷陈文,废轮胎橡胶颗粒作为混凝土细骨料的部分替代物,国际工程研究技术杂志。(IJERT)3(6)(2014)1206-1209。[5] A. El-Gammal,A.K. Abdel-Gawad,Y. El-Sherbini,A.王志红,陈文辉,等.废轮胎 橡 胶 混 凝 土 的 抗 压 强 度 研 究 . 工 程 学 报 , 2001 , 13 ( 1 ) : 100 - 101. Sci.(JETEAS)1(1)(2011)96-99。[6] B.王文生,黄文生,用废旧橡胶部分取代粗骨料的混凝土试验研究,北京:建筑材料科学出版社,2001。(2013)61-65。[7] C. Eldhose,T.G. Soosan,研究废旧轮胎添加混凝土刚性路面,国际。 J. Eng. Res.3(12)(2014)777-779。[8] EshmaielGanjia,Morteza Khorami,Ali Akbar Maghsoudi,混凝土中骨料和填料的废轮胎橡胶替代品,Constr. Build. Mater. 23(2009)1828-1836。[9] K.C. Panda,P.S. Parthi,T. Jena,废轮胎橡胶替代水泥混凝土骨料:实验研究,国际地球科学杂志。Eng.05(06(01))(2012)1692-1701。[10] 皮蒂Sukontasukkul,使用橡胶粉改善预制混凝土板的热和声音性能,Constr.Build. Mater. 23(2009)1084- 1092。[11] KTS Iyengar,S.K.张文龙,复合材料层合板初始函数法的应用,工程学报,2001,(4):407-416。P. Asutkar等人 /工程科学与技术国际期刊20(2017)151-159159[12] V.K. Sebastian,K.T. 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