新型鋼管混凝土構(gòu)件的理論和試驗(yàn)研究.pdf

1、鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便快捷和經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，是一種發(fā)展前景廣闊的結(jié)構(gòu)形式。為了進(jìn)一步挖掘鋼管混凝土構(gòu)件的承載潛能，增強(qiáng)鋼管對(duì)核心混凝土的約束效應(yīng)和改善組合截面的形式是比較有效的途徑。本文第一部分，用膨脹混凝土替代普通混凝土填入方形鋼管內(nèi)，建立前期主動(dòng)約束，組成了方鋼管膨脹混凝土結(jié)構(gòu)。第二部分，針對(duì)矩形鋼管混凝土梁的受力特點(diǎn)，重新調(diào)整鋼管壁厚來(lái)改善組合截面的形式，提出了非等壁厚矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。通過(guò)試驗(yàn)、理論

2、分析對(duì)這兩種新型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的變形和受力性能進(jìn)行了研究，主要包括以下幾個(gè)方面： ⑴通過(guò)膨脹混凝土試驗(yàn)研究，確定了適用于填充方鋼管的膨脹混凝土的合理配合比。探討了膨脹劑、粉煤灰、微硅粉等外加劑摻量對(duì)膨脹混凝土的工作性能、不同齡期強(qiáng)度以及自由膨脹率的影響規(guī)律，總結(jié)了核心混凝土的自由膨脹模式，為方鋼管膨脹混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究提供了基礎(chǔ)。 ⑵分析了方鋼管膨脹混凝土短柱在軸心受壓和偏心受壓作用下的力學(xué)性能。分別進(jìn)行了20根軸壓

3、試件、18根偏壓試件的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，膨脹劑摻量適當(dāng)?shù)姆戒摴芘蛎浕炷炼讨鄬?duì)于普通方鋼管混凝土，其軸壓極限承載力提高程度可達(dá)7％～15％，偏壓極限承載力提高程度可達(dá)3％～12％。另外，得到了膨脹劑摻量、寬厚比、偏心率等參數(shù)對(duì)方鋼管膨脹混凝土短柱承載性能的影響規(guī)律。同時(shí)，將試驗(yàn)結(jié)果與國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的規(guī)程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，提出了方鋼管膨脹混凝土短柱極限承載力的計(jì)算方法。 ⑶考慮材料非線性和幾何非線性，并引入應(yīng)力場(chǎng)變量，考慮鋼材

4、和混凝土材料在加載過(guò)程中泊松比的變化，建立了方鋼管混凝土的三維非線性有限元模型。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)力學(xué)模型上的相似性，將膨脹混凝土的微膨脹等效模擬為混凝土的熱膨脹，對(duì)方鋼管膨脹混凝土進(jìn)行了荷載-變形全曲線分析，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí)，探討了鋼管與核心混凝土間的相互作用機(jī)理。分析表明，方鋼管膨脹混凝土短柱在加載前鋼管與核心混凝土間存在較大的接觸壓力，在加載初期，接觸壓力稍有減小，到極限荷載附近時(shí)，平均接觸壓力迅速增大。在加載的全過(guò)程中，方

5、鋼管膨脹混凝土的平均接觸壓力始終大于普通方鋼管混凝土，其截面的約束效應(yīng)主要依賴于兩個(gè)斜對(duì)角區(qū)域。 ⑷對(duì)非等壁厚矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，這種新型結(jié)構(gòu)具有良好的延性和后期承載力，其抗彎性能優(yōu)于同等條件用鋼量的等壁厚矩形鋼管混凝土構(gòu)件，是一種性能優(yōu)化的組合結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)非等壁厚矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件的荷載-變形全曲線進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，經(jīng)過(guò)參數(shù)變換分析，給出了非等壁厚矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件截面優(yōu)