再生混凝土材料阻尼及其非线性特性

再生混凝土材料阻尼及其非线性特性

陈晋华

福建船政交通职业学院  福建省福州市  350007

摘要：本文结合实际情况，对再生混凝土材料进行研究，并对再生混凝土材料的阻尼和非线性特征进行研究，再结合模拟实验的方法，对影响再生混凝土材料阻尼的相关因素，提出有效的控制办法，确保再生混凝土材料的性能符合实际需求，确保再生混凝土材料的应用价值，并为相关工程提供基础的材料支持，从而降低再生混凝土材料施工带来的安全隐患，保证工程安全。

关键词：再生混凝土材料；阻尼；非线性特性

再生混凝土是一种由废弃的混凝土块，经过一系列的加工处理后得到的材料，经过处置后，再生混凝土可以具有一定的工作性能。再生混凝土材料的使用，可以实现建筑材料的循环利用，并且能够成为一种绿色、经济的建筑材料。在再生混凝土材料的受力性能的研究中，阻尼作为材料的重要性能指标之一，对再生混凝土结构破坏有十分鲜明的影响，所以为了保证再生混凝土的施工质量和施工安全，本文对再生混凝土材料阻尼和非线性特性进行研究，通过模拟实验的方法，获取有效的分析结果，为再生混凝土材料的合理利用奠定基础，确保再生混凝土材料的施工质量。

1.再生混凝土材料的相关研究

1.1概念

结合上述内容，可以发现，再生混凝土是对废弃的建筑混凝土进行回收利用，并且实现再生混凝土材料的生产。同时，再生混凝土材料具备世界环境组织提出的绿色材料的特点：

1）实际的应用中，能够实现资源的合理利用，达到节省资源、节省能源的目的。

2）不会给环境带来负面影响，通过对建筑废弃材料的合理利用，还有助于废弃材料的处理，实现对环境的优化。

3）满足可持续发展的基本需求，使用再生混凝土，不但可以对废弃的建筑材料进行利用，在不使用新材料的同时，减少施工给环境带来的影响，实现建筑混凝土的循环往复使用，有效满足可持续发展的基本需求。由此可见，可以断定再生混凝土材料是一种绿色的建筑材料，具有较高的应用价值和实践价值。

1.2再生混凝土的性能研究

结合再生混凝土的基本情况，对再生混凝土材料的基本性能进行分析，详细的内容包括：

1）工作性能。原混凝土的强度越低，再生混凝土材料的表面就越粗糙，要提高混凝土的工作性能，就要提升混凝土混合料的流动性、粘聚性和保水性，通过混凝土配合比设计，使混凝土工作性满足施工振捣密实的基本需求。

2）力学性能。力学性能是影响再生混凝土质量的基础，其中，阻尼非线性特性需要满足实际需求，如此，才能确保再生混凝土的力学性能满足实际情况，并且确保再生混凝土的服务年限提升。

3）干缩徐变。再生混凝土和普通混凝土相比，它的徐变要比普通混凝土大很多，这与再生混凝土本身的集料质量有直接关系，同时，再生混凝土的干缩和徐变程度和持续时间，也跟再生混凝土集料的使用量有直接关系，并且呈现正相关的关系。

4）耐久性。要求再生混凝土材料不仅要具备较好的力学特性，还要具备较好的耐久性，如此才能保证再生混凝土的施工价值。但是，实际应用中，由于再生混凝土的孔隙率相对较大，所以它的耐久性，就比普通混凝土要相对差一些，所以要做好混凝土材料质量控制、配合比设计、水灰比的控制，促进耐久性的提升。

2.再生混凝土的[A1]阻尼及非线性特性研究

2.1试验准备

所谓阻尼是指：摇荡系统或振动系统受到阻滞使能量随时间而耗散的物理现象，而非线性阻尼是一种在阻尼基础上的不呈线性的阻尼。同样是阻尼的一种。而在生混凝土的研究中，需要对阻尼和非线性特性进行研究。结合实际情况，先对试验的基本情况，进行研究，试验选择再生混凝土材料，级配为的（5~15mm）：（15~31.5mm）=40%：60%，天然粗骨料为碎石，且为连续级配，混凝土的设计强度为C30。如下表1所示，为本工程所选再生混凝土的集料性能情况。

表1：再生混凝土材料集料性能情况

结合上表的基本情况，可以实现对天然集料和再生集料的对比，经过对比后可以发现，再生集料虽然性能不如天然集料，但是在实际的应用中，再生混凝土材料性能指标下降不多，能满足实际应用的基本需求。另外，还要对混凝土的配合比进行控制。确保配合比满足试验要求，阻尼试验和非线性特性的试验都要求。

2.2试验方法

阻尼的测定，选择悬挂和悬臂梁两种边界条件，再使用锤击激振，分别对自由衰减振动下的5种不同材料配合比混凝土的阻尼比进行测试。

而非线性特性，则对水平反复荷载，框架梁、柱端混凝土的表面应变，框架梁，柱端纵筋的应变，梁柱端和节点的箍筋应变情况，进行研究，在对钢筋和混凝土应变测点和位移计的位置进行研究。

2.3分析方法

按照上述方法，能够获取相应的试验结果，根据试验结果，并对其进行分析，就能获取相应的试验值。其中阻尼通过半功率带宽法进行计算，能够获取

η=  （1）

公式中，η为阻尼比，用于描述半功率带宽，则用于描述试件共振频率。

对于非线性特性的研究，可以以ANYSYS中有限元模型为基础，实现对模型的构建，从而可以得到：

（2）

以上述模型为基础，能够对再生混凝土的非线性特性进行研究。

2.4计算与分析

结合上述公式的基本情况将试验获取的已知参数带入到公式中，从而完成相应的计算，其中，阻尼的研究中，可以获得如下图1所示的基本内容。

图1：不同加载段再生混凝土的阻尼比情况

再进一步对试验结果进行研究，可以获取非线性特性的结果情况，详细如下图2所示。

图2：不同集料掺量下混凝土的应力、应变关系

通过上述2图，可以得到阻尼的影响因素包括取代率、粒径等，且再生混凝土的强度会随着取代率的增加而减小，在考虑阻尼性能时，应将取代率控制在50%左右[A2]，因为当取代率在50%时，混凝土硬度和强度最高，抗压强度可以提升到38.4MPa。同时与普通混凝土相比，再生混凝土界面层产生相对滑移变形，微裂缝摩擦扩展，使得耗能增加，所以实际应用时，可以适当添加纤维材料，矿渣粉等改变阻尼性能，确保再生混凝土的应用价值。

另外，非线性特性研究中，反映了再生混凝土和钢筋的应力和应变的相应关系，所以需要结合实际情况，合理对钢筋的使用进行控制[A3]，包括钢筋的原材料的控制，包括钢筋质量的控制，从而保证再生混凝土符合实际需求。

结束语：

本文结合再生混凝土的基本情况，对再生混凝土阻尼和非线性特性进行研究，通过实验的方法[A4]明确再生混凝土阻尼和非线性阻尼的特性，包括不同集料掺量下混凝土应力、应变的关系，明确不同加载段再生混凝土的阻尼比情况。并对，满足实际施工的基本需求，确保施工质量，使得施工符合实际需求，提高施工质量。

参考文献：

[1] 肖建庄, 徐昊, 李坛,等. 再生混凝土材料及简支板阻尼性能[J]. 同济大学学报：自然科学版, 2020, 48(4):8.

[2] 肖建庄、王春晖、郑振鹏、肖绪文. 再生骨料混凝土结构抗震设计关键问题[J]. 土木工程学报, 2020, 53(11):9.

[3] 马辉, 陈云冲, 贾梦璐,等. 方钢管型钢再生混凝土偏压柱力学性能非线性有限元分析[J]. 应用力学学报, 2021, 38(5):10.

[A1]什么是阻尼？什么是非线性特性？要做具体介绍

[A2]为什么控制在50%左右，要能自圆其说

[A3]反映了什么力学性能？对钢筋的使用进行什么控制？

[A4]确认阻尼和非线性特性的基本情况，什么基本情况？合理控制什么指标？要能自圆其说啊