圆钢管再生粗/细骨料混凝土柱徐变性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:AKDelphi
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将再生粗、细骨料混凝土置于钢管中,形成钢管再生粗/细骨料混凝土柱,可利用组合构件的力学性能优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷,在多层及小高层结构中具有广阔的应用前景。钢管再生混凝土的约束机理复杂,再生混凝土材料自身具有高离散性,建立精确且具有普适性的钢管再生混凝土力学性能预测模型与设计方法,是制约该类新型结构工程应用的瓶颈式难题。目前,国内外学者已对钢管再生粗骨料混凝土的力学性能进行了较为系统的研究,但针对同时掺入再生粗、细骨料的钢管再生混凝土力学性能,特别是长期性能的研究相对较少。为此,本文对钢管再生粗/细骨料混凝土柱长期静力性能及其对稳定性能的影响开展研究,科学揭示再生骨料对钢管再生混凝土长期性能的影响本质,提出物理表征,建立具有较高精度和普适性的钢管再生混凝土徐变模型;明晰再生粗/细骨料对钢管再生混凝土约束效应的影响机理,建立可描述受力全过程中钢管与核心混凝土应力发展的预测模型;系统研究核心混凝土徐变对钢管再生混凝土柱稳定性能影响,提出设计建议。具体研究内容如下:(1)开展了6组共30个密闭混凝土的徐变试验,试验参数包括再生混凝土水灰比(0.3与0.6)与再生细骨料取代率(0%、50%与100%)。结合课题组前期试验数据,考察不同再生混凝土水灰比下,再生细骨料对混凝土基本徐变的影响差异,揭示影响机理,提出物理表征。基于复合材料理论,通过理论推导方式建立可考虑该影响的再生混凝土基本徐变模型。采用现有试验数据验证模型可靠性,试验涵盖不同加载龄期、混凝土强度等级与再生骨料取代率的再生混凝土。研究表明,在不同水灰比下再生细骨料对基本徐变的影响差异显著。(2)试验研究了8组共40个外露再生混凝土徐变,主要参数包括再生粗骨料取代率(0%、50%与100%)与再生细骨料取代率(0%、50%与100%),重点研究不同再生粗骨料取代率下,再生细骨料对混凝土干燥徐变性能的影响差异(即,再生粗、细骨料的耦合效应),以及再生骨料对徐变发展趋势的影响,揭示再生骨料内自由水的“缓释效应”机理及其对徐变发展趋势的影响,提出物理表征。基于复合材料理论,建立考虑再生骨料内自由水“缓释效应”、再生粗细骨料“耦合效应”两因素影响的再生混凝土干燥徐变模型,采用现有试验数据验证模型可靠性。试验研究显示,再生粗、细骨料对干燥徐变存在显著耦合影响且同时掺入再生粗、细骨料对干燥徐变随时间发展趋势的影响显著。(3)进行18组再生混凝土棱柱体轴压力学性能试验研究,试验参数包括再生粗骨料取代率(0%、50%与100%)与再生细骨料取代率(0%、50%与100%),重点关注再生粗、细骨料对再生混凝土峰值应力、峰值应变、变形能力等力学性能影响的“耦合效应”。基于Bazant断裂带理论与复合材料理论,通过理论推导方式建立再生混凝土应力-应变关系通用模型。采用现有试验数据验证模型可靠性,试验参数涵盖不同骨料预处理方式、多种残余砂浆含量及混凝土强度。由试验结果可知,再生粗、细骨料对混凝土峰值应力、峰值应变与变形能力的耦合影响显著。(4)开展了6组共18个钢管再生粗/细骨料混凝土轴压短柱长期持荷试验研究,研究参数包括再生粗骨料取代率(0%与100%)、再生细骨料取代率(0%与100%)与核心混凝土强度等级(C35与C50),重点关注不同核心混凝土强度等级下,再生细骨料对构件长期性能的影响差异,以及再生粗、细骨料的“耦合效应”。验证所提出的再生混凝土徐变模型在钢管再生混凝土中的适用性,基于课题组前期建立的钢管混凝土长期性能分析方法,进行参数分析。研究发现,再生粗、细骨料对钢管混凝土长期变形的耦合影响显著且在不同核心混凝土强度等级下再生细骨料的影响存在明显差异。(5)对课题组前期试验数据进行深入分析,揭示再生骨料对其约束效应的影响机理,研究再生粗、细骨料影响钢管混凝土轴压力学性能的“耦合效应”。在此基础上提出钢管再生粗/细骨料混凝土轴压应力-应变关系模型。采用ABAQUS,建立钢管再生粗/细骨料混凝土柱徐变稳定性能分析有限元模型。进行参数分析,研究由核心混凝土徐变引起的屈曲前变形对钢管再生混凝土柱稳定性能的影响。考虑参数包括:再生粗/细骨料取代率、持荷荷载轴压比、长细比、核心混凝土强度等级、加载龄期与含钢率等。基于分析结果,提出设计建议。研究表明,在钢管混凝土房屋框架柱长细比范围内(λ≤80),时效作用可使钢管再生粗/细骨料混凝土稳定承载力降低8.3%,建议在设计中考虑该影响。
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