鋼管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.pdf

1、鋼管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)是近年出現(xiàn)的一種鋼一混組合形式，它是用自應(yīng)力膨脹混凝土替代了普通混凝土而形成的一種新的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。這種組合結(jié)構(gòu)與普通鋼管混凝土相比具有新的特點(diǎn)：采用具有較高工作性能的免振混凝土解決了普通混凝土難以保證施工質(zhì)量的問(wèn)題；外包薄壁鋼管有效約束了膨脹混凝土的膨脹變形，有效解決普通混凝土收縮等引起的鋼一混組合界面的粘結(jié)問(wèn)題，從而保證兩者協(xié)調(diào)工作，并且使得混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)；鋼管充分利用了膨脹混凝土的膨脹能，能夠產(chǎn)

2、生較大的化學(xué)預(yù)應(yīng)力，為核心混凝土提供較高的側(cè)向預(yù)應(yīng)力。鋼管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)充分地挖掘了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載潛能，可以說(shuō)是鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和完善。 本文的論文工作是以國(guó)家自然科學(xué)基金《鋼管自應(yīng)力免振混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究》為背景展開(kāi)的，主要的工作有以下幾個(gè)方面： (1)本文所采用的自應(yīng)力混凝土由硫鋁酸鹽自應(yīng)力水泥配制的。通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)研究混凝土配合比、鋼管尺寸、外部限制形式等對(duì)自應(yīng)力混凝土膨脹性能的影響，重點(diǎn)

3、研究鋼管限制條件下，自應(yīng)力混凝土的膨脹性能。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，擬合出自應(yīng)力混凝土的有效膨脹變形表達(dá)式，建立了鋼管限制膨脹混凝土的有限元模型，編制了考慮徐變、膨脹等因素的三維有限元程序，對(duì)鋼管限制條件下自應(yīng)力混凝土的膨脹過(guò)程進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本相符合。 (2)在本課題組已有試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，補(bǔ)做了12根套箍系數(shù)較大的鋼管自應(yīng)力免振混凝土軸壓短柱試件。對(duì)本課題組共進(jìn)行的37根軸壓短柱的試驗(yàn)結(jié)果分析，采用分解分析的方法，

4、回歸出鋼管自應(yīng)力免振混凝土軸壓結(jié)構(gòu)核心混凝土的等效單軸本構(gòu)關(guān)系，與傳統(tǒng)的彈性、塑性、斷裂、損傷等力學(xué)模型相比具有簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)，便于進(jìn)行工程計(jì)算。 (3)采用混凝土的邊界面模型，編制了三維有限元程序，對(duì)鋼管自應(yīng)力混凝土軸壓短柱和偏壓柱的受力全過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。計(jì)算結(jié)果表明，由于自應(yīng)力的影響，鋼管自應(yīng)力混凝土柱的力學(xué)性能要比普通鋼管混凝土柱優(yōu)越，承載力在一定的范圍內(nèi)隨著自應(yīng)力的增大而增加：自應(yīng)力對(duì)偏心受壓柱

5、的影響隨著偏心距的增加而減弱。 (4)如前文所述，鋼管自應(yīng)力混凝土的主要特點(diǎn)之一就是鋼一混組合界面存在著初應(yīng)力。本文通過(guò)23根鋼管自應(yīng)力混凝土構(gòu)件的界面推出試驗(yàn)，證明白應(yīng)力的存在對(duì)提高鋼管自應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼一混組合界面的粘結(jié)強(qiáng)度有積極的意義，本文研究分析了鋼-混組合界面的粘結(jié)能力及其影響因素，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了鋼管自應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)組合界面粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算方法。 (5)對(duì)12根鋼管自應(yīng)力混凝土試件和3根普通混凝土試件進(jìn)行

6、了抗彎性能研究，結(jié)果表明：在自應(yīng)力的影響下，鋼管自應(yīng)力混凝土的抗彎承載力提高：自應(yīng)力對(duì)鋼管混凝土的初始抗彎剛度無(wú)明顯影響。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)了三維有限元程序，對(duì)鋼管自應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗彎性能進(jìn)行分析并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。 (6)進(jìn)行了40根鋼管自應(yīng)力混凝土試件的簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，研究鋼管自應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗剪性能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土構(gòu)件在橫向剪力的作用下，主要的破壞形態(tài)有兩種：當(dāng)剪跨比大于0.5的時(shí)候，構(gòu)件呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征：當(dāng)

7、剪跨比小于0.5的時(shí)候，構(gòu)件呈現(xiàn)出剪切破壞的特征；自應(yīng)力和剪跨比對(duì)鋼管混凝土在橫向剪力作用的變形及承載力有重要影響的影響。和普通的鋼筋混凝土構(gòu)件一樣，隨著剪跨比的增大，構(gòu)件的抗剪承載力下降。由于自應(yīng)力的存在，鋼管混凝土構(gòu)件的抗剪承載力有一定程度的提高。自應(yīng)力對(duì)抗剪承載力的貢獻(xiàn)與剪跨比的大小有關(guān)，剪跨比較小的構(gòu)件，自應(yīng)力的影響更為明顯；本文根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，回歸出計(jì)算鋼管自應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗剪承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。 (7)對(duì)鋼管自應(yīng)力混凝土