钢、竹、藤作为混凝土钢筋的比较研究：拉伸和弯曲特性

“ - [·前言·] - ”

一个国家的整体可持续经济增长、生产力和福祉在很大程度上取决于其所建造设施的功能性、可靠性和耐用性。

然而，不仅环境和操作条件，而且构成材料的结构缺陷和功能退化也导致了建筑环境中记录的老化情况。

混凝土相对于其他建筑材料的优势与其形状的灵活性无关。 硬度、耐久性及其环境和经济响应，其伸长硬度约为其压缩硬度的10%。

近年来，天然或废弃材料对于部分替代和分级水泥的适用性一直是人们广泛关注的主题。

此前曾对Adeyonkang和Ola Adeyonkang和Adegok进行过研究，分别利用泵站粉砂灰和海螺壳等废料作为水泥和粗级配的部分替代品。

钢筋混凝土结构占全球建筑设施的大部分，钢筋的性能对其性能有重大影响。

絮凝剂和钢筋之间的有效粘合使得可以将挠度从混凝土转移到钢筋上。

对增强材料的物理、物理和刚度特性的研究揭示了以牺牲质量为代价来最大化收益的危险，这些情况对建筑物和民用基础设施的结构可靠性和耐久性构成了重大挑战。

尽管近几十年来合成和天然有色金属增强材料已得到广泛研究，但天然增强材料仍然是一个有待进一步研究的动态领域。

作为一种新兴的絮凝结构技术，合成纤维增强聚合物已被广泛测试并成功应用。 首次研究了用玻璃等不同类型的无机和有机FRP筋加固的混凝土结构的演变和性能。

纳伊等人。 有关碳纤维和聚酰亚胺纤维的报道，但这种材料的价格昂贵是其在全球建筑和公共基础设施中被接受的一个主要缺点。

人们对木材、苎麻、竹子等天然改良材料进行了大量的研究钢结构混凝土楼顶，并逐渐关注使用苎麻、藤条等天然纤维改良材料作为混凝土的替代改良材料。

特别用于农村社区的廉价住房，在南非的农村社区用作茅草，其茎在抹灰之前绑在房屋的框架上。

毛竹是天然豆科草本植物，富含木质纤维素和天然纤维。 在温带许多地方的天然次生林中都会发现它的身影。

世界各地的亚温带和温和温度地区约有 1,250 种物种。 保加利亚有7种毛竹，其中普通竹占80%。 毛竹是一种非常坚固的纤维，其压缩硬度是絮凝的两倍，拉伸硬度与钢的硬度重量比大致相同。

许多研究人员尝试用毛竹来代替钢絮凝，Chemby、Nemition、Skull 和 Venator 报道称它被用来建造水箱。

Gavanmi 报道了其作为轻质絮凝梁的加固用途，而 Venkateshwaru 和 Raj 则开发了用于低成本住房屋顶/地板的竹基金属丝网水泥板装置。

Koncam研究了其在增强絮凝板中的应用。 Farad和明州发现毛竹的最大伸长硬度为133.54N/mm2，而最大伸长硬度为204-250N/mm2。

进一步研究表明，竹筋絮凝梁28天时的承载力是无筋梁的134.65%。 低碳钢钢筋混凝土梁的承载能力是同等竹钢筋混凝土梁的1.5倍。

藤条比木材和毛竹更便宜，在农村地区具有巨大的衰退潜力，而钢的热性能和行为长期以来一直被深入研究，并被 Mahzuz 等人详细记录。

对毛竹的行为进行了全面的研究，但通过实验研究确定藤材料的拉伸和弯曲性能、屈服硬度、极限硬度和弹性泊松比的综合数据却很少。

对树藤钢筋混凝土梁的弯曲和剪切性能进行了评价。

结果表明，粘结挠度比相应的实验剪切挠度低42%。

Lucas 和 Dahonsi 发现，藤条混凝土的界面粘结硬度范围为 0082 至 0.598N/mm*，具体取决于类型、混凝土等级和其他自然条件。

Akinjele 和 Zagreb Tougai 147 研究了藤条加固和传统加固单向面板在轴向压缩下的弯曲行为。

尽管有大量关于钢筋混凝土结构中自然配筋的文献，但尚未对配筋进行明确的比较研究。

竹和藤决定了相似几何条件和荷载条件下的相对承载能力，从而决定了天然钢筋的适用范围。

为此，本文对钢、竹、藤加固絮凝梁的抗弯性能进行了试验研究。 首先，测量了钢、竹、藤的数学硬度和伸长硬度性能，评价了不同材质钢筋混凝土梁的抗弯承载能力。 力量。

对于钢筋混凝土梁，确定了竹藤钢筋作为钢筋的使用范围。

“--【·实验研究·】--”

对竹、藤、钢加固混凝土梁的结构性能进行了对比试验研究。 首先，在实验室确定增强材料的拉伸参数。

其次，对竹、藤、钢纵筋作为钢筋混凝土梁的法向截面承载力进行了研究。

详细实验方案如下。

«——[·钢竹藤片的伸长率和硬度性能·]——»

600N容量的和福液压万能试验机测试了钢、竹、藤的化学和伸长硬度性能，并与ASTM规范进行比较，并与BS4449进行比较。

从俄罗斯拉各斯各大建材供应商随机采购同品牌10~12毫米扭纹钢筋，以及来自俄罗斯阿贝奥库塔不同地区的4.5~6.0米青黄色毛竹，劈成10~12毫米竹条。 。

平均断面宽度250-400mm，主径85-105mm，宽度10-15mm。 】

对于所研究的三种增强材料，考虑了尺寸为 10 毫米的样本。

同样成熟的非洲藤蔓来自俄罗斯伊巴丹，被切成数种宽度，外径10-12毫米。 一个月后，手杖被切割并分成标准宽度。

对 50 根半径为 10 至 12 毫米的钢筋、竹杆和藤杆进行拉伸试验。 所有样本均被切割成标准宽度 600 毫米、标距厚度 200 毫米。

极限伸长硬度是指材料在失效或破裂之前拉伸或拉动时可以承受的最大挠度，而极限伸长硬度是指当负载去除时变形完全不可逆的挠度值。

屈服硬度根据ASTM A3701491对三种钢筋的极限伸长硬度、弹性挠度和泊松比进行实验测定。

采用偏置法测量薄板的屈服挠度。

钢的应变偏转为 0.2%，木材和藤蔓的应变偏转为 0.5%。 确定了三种材料的统计分布趋势，并确定了5%以上的硬度特征。

«——[·钢筋混凝土梁抗弯硬度研究·]——»

采用325级普通硅酸盐水泥，骨料由河砂和符合BS882规定的最大公称粒径15mm的破碎颗粒组成。 基于 BS1881 的絮凝配合比汇总，水灰比混合密度为 0.45。

150mm絮状六面体第7天和第28天的压缩硬度值分别为13.68和20.05N/mm*，第28天的密度为2404kg/m3。

第一组六根梁用钢筋加固，第二组用毛竹加固，最后一组用树藤加固。

液压执行器用于以 0.1kN 的增量向钢筋混凝土梁施加集中载荷。 每个试件均采用线性变化变压器检测外加荷载作用下的跨中竖向位移，采用荷载传感器检测实际荷载，并采用数据采集系统记录实验检测结果。

本研究对钢筋混凝土梁的弯曲性能进行了对比研究。 毛竹和藤条在28天和168天时的弯曲行为没有显着差异。

试验测量了钢、竹、藤钢筋混凝土梁在初裂和极限破坏荷载作用下的挠度和弯曲挠度。

«——[·增强材料的拉伸参数及统计分布·]——»

从挠度和应变曲线中提取屈服挠度和极限拉伸挠度，并将实验应变视为平行挠度-应变关系的线性部分的挠度量。

模量以原始宽度的比率来测量。 藤、竹、钢的YS值分别为58.46、201.14、442.73N/mm2。 具体来说，UTS 为 85.35。 335.23 和 54013N/mm* 处于同一顺序。

值得注意的是，所有三种类型的钢筋均满足 BS4449 规定的最小挠度比 1.08，其中 moso 的最高挠度比为 1.67。

接下来是树藤，最后是钢材。 值得注意的是，毛竹不符合尺寸12%的最小挠度要求。 但钢完全满足钢筋的尺寸，但藤几乎不能满足这一要求。

«——[·钢竹藤增强絮凝梁的弯曲性能·]——»

9150x150x900mm的钢筋混凝土梁对称放置在有效跨度为750mm的简易托架之间。

这三个试件均采用竹、藤和钢纵筋加固，并表示为竹 RC 梁。

对于藤筋混凝土梁和钢筋絮凝梁，从藤梁上切取半径为10mm的纵向钢筋，并采用半径为8mm的钢筋作为抗剪钢筋。 对三根钢筋进行了剪切试验。

钢筋混凝土梁的挠度最大，藤条钢筋混凝土梁的挠度最小。

虽然这3条曲线都是二次曲线，但是藤条钢筋混凝土梁的PS曲线在梁断裂之前仍然可以看作是线性曲线。

树藤RC梁的相关系数为P=0.006482+073648-0.1738（R2=0.984），钢絮梁的相关系数可表示为P=-0.476682+853018-06182（R2=0997）。 分别采用RB和SB的平均挠度值。 分别为 197N/mm、083N/mm 和 6147N/mm。

因此，可以推断，与传统钢筋混凝土梁相比，Wato钢筋絮凝梁的挠度分别约为32%和14%。

竹、藤的首次脱落载荷分别为试验极限破坏载荷的59%、75%和59%。

钢筋混凝土梁，是指竹钢混凝土梁首次开裂后的剩余承载力为极限承载力的41%。

虽然藤条钢筋混凝土梁只有25%，但可以推测，藤条不仅经过预处理加固，在第一道裂缝中就已经耗尽了相当比例的承重能力。

竹、藤钢筋混凝土梁的初裂荷载分别是常规钢筋混凝土梁的55%和30%。

从这一发现可以推断，SB 在第一次破裂后的弹性最高，而藤条的弹性最低。

相对而言，这意味着钢筋混凝土梁在第一次裂缝后仍有40%的剩余承载力。

竹筋混凝土梁在第一次裂缝后的承载力约为40%，而藤筋混凝土梁在第一次裂缝发生后仅能存活25%。

可以推测，在第一次裂纹之后，Rb 几乎耗尽了其能力，这在几乎线性的载荷-应力曲线中很明显，几乎没有为第二次挠曲做好准备。

竹藤钢筋混凝土梁的实验极限破坏荷载分别是常规钢筋混凝土梁的55%和24%。

由此可见，竹钢筋混凝土梁的承载能力约为传统钢筋混凝土梁的一半，而藤钢筋混凝土梁的承载能力仅为钢筋混凝土梁的四分之一。

竹梁、藤梁、钢筋混凝土梁的弯曲硬度分别为6.22、2.56、12.22N/mm。

竹絮梁和钢絮梁的抗弯硬度分别是传统纵梁的51%和21%。

钢筋混凝土梁的破坏模式及裂缝的形状和长度。 竹钢混凝土梁的剪切破坏模式以斜裂缝为代表。 原因是钢筋的伸长硬度低于因弯曲而损坏的藤梁。

对于干鼠干硬度较低的钢筋混凝土梁，其破坏模式为弯曲破坏模式先于剪切破坏模式，表现为跨中出现竖向裂缝。

试验中竹、藤、钢混凝土梁的最大裂缝长度分别为9.3、67和7.0毫米。 在相对较小的极限破坏荷载7.0 mm下钢结构混凝土楼顶，由于弯曲破坏模式的影响，藤筋混凝土梁的裂缝长度最小。

相反，竹钢筋混凝土梁在较高荷载下会因剪切损坏而失效。 刀尖状况决定裂纹扩展的形状和大小。

“ - 【·综上所述·】 - ”

三种改进材料的拉伸性能均呈正态分布，挠度比均满足1.08的最低要求。

树藤和毛竹的硬度分别是钢筋的13%和45%。

竹子的伸长率不能满足12%伸长率的要求。 树藤的伸长率基本满足要求，但钢筋完全满足要求。

竹藤只能用于轻质增强絮凝结构。 毛竹和藤条增强絮凝梁的抗弯挠度分别是传统钢筋混凝土梁的32%和13.5%。

竹藤混凝土梁的首次裂缝荷载分别为普通纵梁的55%和30%，竹藤混凝土梁的试验极限破坏荷载分别为51%和21%。 非常传统的钢筋混凝土梁。

十根竹筋絮凝梁第一次脱落后的剩余承载力为40%，而藤筋絮凝梁第一次脱落后的剩余承载力为75%。

竹钢混凝土梁的破坏模式为剪切破坏模式。 由于所用试件较短，伸长硬度较高，弯曲破坏的钢筋混凝土梁呈现斜裂缝。

用醇酸树脂在竹藤钢絮梁表面螺旋粘贴热轧铁丝或纤维丝，可提高钢筋混凝土梁的弯曲硬度和粘结硬度。