【摘 要】
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传统混凝土材料资源的短缺以及生产水泥造成的环境污染,合理利用一般固废取代部分水泥以及天然砂,有利于混凝土材料的绿色可持续发展,同时为其应用于实际工程中,有必要对混凝土柱进行受力性能研究。本文基于课题组前期的研究成果,利用物理试验、数值模拟、理论计算等方法,研究了水胶比、辅助胶凝材料掺量及种类、细骨料种类对高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土的抗压性能、单轴受压性能以及小偏心受压力学性能的影响规
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传统混凝土材料资源的短缺以及生产水泥造成的环境污染,合理利用一般固废取代部分水泥以及天然砂,有利于混凝土材料的绿色可持续发展,同时为其应用于实际工程中,有必要对混凝土柱进行受力性能研究。本文基于课题组前期的研究成果,利用物理试验、数值模拟、理论计算等方法,研究了水胶比、辅助胶凝材料掺量及种类、细骨料种类对高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土的抗压性能、单轴受压性能以及小偏心受压力学性能的影响规律,本文取得的主要成果如下:（1）得到高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土不同试块尺寸与形状之间抗压强度的关系以及混凝土抗压强度的变化规律。混凝土抗压强度与水胶比成反比,与龄期成正比,但抗压强度的增长速度随着龄期的增加逐渐减小;得到了不同试块形状与尺寸之间强度换算公式。利用模型公式f=Alnt+B得到了拟合度较好的高强复合混凝土的强度预测模型,较好的表示了高强复合混凝土抗压强度与龄期之间变化规律。（2）揭示了高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土中水胶比、辅助胶凝材料种类与掺量以及细骨料种类对其单轴受压性能的影响规律。其中混凝土的弹性模量和峰值应变与与峰值应力成正比,与水胶比成反比。在多种辅助胶凝材料混合下的高强混凝土中,当辅助胶凝材料掺比固定时,混凝土的单轴受压力学性能优异程度如下:石灰石粉+硅灰+矿粉+粉煤灰混凝土＞石灰石粉+硅灰+矿粉混凝土＞石灰石粉+硅灰+粉煤灰混凝土。利用过镇海教授提出的本构关系公式建立了高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段模型,用物理方程解释了高强复合石灰石粉-硅灰-机制混合砂混凝土破坏过程的特征,拟合曲线相关系数均在0.98左右。（3）得到高强复合石灰石粉-硅灰-机制混合砂钢筋混凝土在偏心荷载作用下的破坏特征以及承载力变化规律。四元硅灰+矿渣+石灰石粉+粉煤灰+机制混合砂混凝土柱的极限承载力相较于三元粉煤灰+石灰石粉+矿渣+机制混合砂混凝土柱提高了提升15.5%～16.6%,且高强复合混凝土满足平截面假定。（4）揭示了小偏心荷载作用下的高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土试件柱的受力特征。试件柱纵向受力钢筋在靠近偏心荷载方向侧受压,远离偏心荷载方向侧受拉,两侧钢筋应变均与荷载呈正比关系。四元试件柱的最大侧向位移相较于三元试件柱提升了7.9%～14.7%,延性提升了3.0%～3.5%,辅助胶凝材料石灰石粉的掺入以及尾矿-机制混合砂对天然砂的取代均对混凝土柱的抗侧移能力的提高有一定的益处。（5）得到了高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土偏心受压模型柱的荷载-钢筋应变关系、荷载-柱侧向变形关系、以及模型柱的极限承载力。利用有限元软件ABAQUS进行模拟,模型结果均与试验结果接近,表明模拟过程中的参数、混凝土应力-应变本构模型、模型边界条件、加载方式对于高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土小偏心受压柱模拟计算有着较好的吻合度。（6）得到了高强复合石灰石粉-硅灰—机制混合砂混凝土小偏心受压柱极限承载力的计算模型。通过对比试件柱承载力的试验值、模拟值以及利用国家现行规范中的公式得到的计算值,三种极限承载力比较接近,对其进行拟合分析,得到试验与模拟中的高强复合多元混凝土小偏心受压柱极限承载力计算模型,能较好的表达试验以及模拟时试件柱的承载力,同时体现出国家规范计算公式的保守性,以及模型构件的理想状态。
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