溫度沖擊作用下鋼管混凝土界面特征與性能優(yōu)化.pdf

1、鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)澆筑混凝土且由鋼管和混凝土共同承擔(dān)荷載的構(gòu)件。其優(yōu)異性能依賴于鋼管與混凝土間的復(fù)合增強(qiáng)作用，鋼管對(duì)核心混凝土的套箍作用提高了混凝土的塑性和延性，增加了鋼管的整體和局部的穩(wěn)定性。然而，鋼材和混凝土的熱工性能差異明顯，這導(dǎo)致在服役環(huán)境下鋼管混凝土界面產(chǎn)生脫粘和脫空現(xiàn)象，影響鋼管混凝土的工作性能與結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合溫度沖擊試驗(yàn)、有限元數(shù)值分析方法、熱彈性力學(xué)理論、非線性擬合理論等，完成了溫度沖擊作用下鋼管混凝土截面溫度場(chǎng)、

2、界面性能與界面優(yōu)化理論等方面的研究工作。研究成果形成了基于核心混凝土膨脹性能精細(xì)化設(shè)計(jì)的鋼管混凝土界面優(yōu)化方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴開展鋼管混凝土溫度沖擊試驗(yàn)研究。試件的長(zhǎng)徑比、徑厚比、套箍指標(biāo)、材料強(qiáng)度等重要參數(shù)能夠滿足工程實(shí)際中的構(gòu)造要求，試驗(yàn)結(jié)果能夠較好的反應(yīng)實(shí)際鋼管混凝土構(gòu)件的服役狀態(tài)。得到了試件截面溫度場(chǎng)分布和變化規(guī)律，結(jié)果顯示鋼管和混凝土界面存在溫度差，有限元分析中需考慮鋼管與混凝土界面的接觸熱阻作用。可運(yùn)用實(shí)

3、測(cè)溫度場(chǎng)與后期有限元模擬溫度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，以校驗(yàn)有限元模型的有效性和精確性。⑵進(jìn)行鋼管混凝土溫度沖擊和熱力耦合有限元分析研究。建立了有限元分析的試件傳熱模型和力學(xué)模型，并探討了鋼管混凝土溫度沖擊和熱力耦合有限元分析理論。數(shù)值計(jì)算得到了截面溫度場(chǎng)、界面響應(yīng)和補(bǔ)償溫度引起的界面間隙所需的混凝土自由膨脹率。對(duì)比分析了實(shí)驗(yàn)溫度場(chǎng)和計(jì)算結(jié)果，結(jié)果表明可以利用有限元模型進(jìn)行鋼管混凝土界面特征的參數(shù)化分析和界面性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。試件截面最大非線性溫差可達(dá)1

4、8.2℃，降溫階段鋼管Mises應(yīng)力和混凝土徑向應(yīng)力可分別達(dá)36.6MPa、-3.39MPa，環(huán)境溫度升高將劣化試件界面性能，適量的膨脹率摻量可緩解界面脫空和提高承載力，超過0.5Nu可使鋼材和混凝土產(chǎn)生的相對(duì)變形彌補(bǔ)溫度沖擊實(shí)驗(yàn)中溫度變化引起的界面間隙，超過0.7Nu導(dǎo)致鋼管進(jìn)入屈服階段且其承載力有所下降。⑶提出了鋼管混凝土界面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了補(bǔ)償溫度沖擊引起的界面間隙所需的混凝土自由膨脹率公式ε(T1,T2,D,t)。首先，提出