低温环境下复合钢管混凝土柱承载能力及长期性能研究

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钢管混凝土因其自优良的力学性能、塑性、抗震能力等优点被广泛引用单层和多层厂房、高层和超高层建筑以及桥梁工程当中,目前随着建筑结构的发展与美学要求的提高,钢管混凝土结构形式出现了更多的要求,不再单单局限于普通圆圆钢管混凝土。为满足实际工程需求,出现了各类新型钢管混凝土结构。本文根据目前工程需求,提出了一种外层为圆钢管、内层嵌套不锈钢波纹钢管的新型复合钢管混凝土结构,此结构在设计上能够增大约束钢管与混凝土材料接触面积,让承压的混凝土与起套箍作用的钢材相互咬合,使其力学性能更为复杂。另外新材料对结构性能的提升也十分显著,本文将高吸水性树脂SAP、硅灰、膨胀剂三种外掺料掺入混凝土中,探究各掺料与多种掺料复掺对混凝土工作性能及复合钢管混凝土轴压承载能力的影响,并且对于不同环境温度下复合钢管混凝土结构长期徐变性能也进行了深入探究,具体内容及研究成果如下:(1)对15组添加不同掺量外掺料与外加剂的微膨胀混凝土进行力学及工作性能测定,分析了不同外掺料对混凝土性能的影响,得到复掺微膨胀混凝土最优配合比,表明将SAP与硅灰掺入微膨胀混凝土中可以一定程度改善其工作性能。(2)对18组不同截面形式、不同外掺料的复合钢波纹管混凝土试件进行了轴压承载力试验,分析各组试件轴压破坏形态与荷载—位移曲线,得到不同界面形式、不同外掺料及其掺量对复合钢管混凝土结构轴压承载能力的影响规律。(3)对9组不同截面形式、不同材料、不同温度环境的钢管混凝土试件进行长期徐变性能试验,分析各组试件徐变应变—时间曲线,得到复合钢管混凝土结构徐变应变发展规律,并且基于JTG/T 2015规范修正的MC90模型基础上,提出符合复合钢管混凝土结构的常温环境下徐变应变模型,并验证其准确性。(4)基于复合钢管混凝土轴压承载力试验数据,借助Midas FEA有限元模拟软件,对复合钢管混凝土结构进行有限元模拟,模拟结果和试验结果在弹性阶段吻合较好,最终极限破坏荷载有一定误差,并探究误差原因,综合以上,利用Midas FEA有限元模拟软件能够较好模拟复合钢管混凝土结构轴心受载工况,为该型结构的实际应用提供建模思路与方法。
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