型钢活性粉末混凝土短柱轴压性能试验与分析

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型钢混凝土组合结构是一种力学性能优异的组合结构,目前已经在实际建筑工程中广泛应用。这种组合结构主要是将型钢作为骨架,并在型钢周围浇筑混凝土。此组合结构具有承载能力高、抗震性能好、施工简单等优势。本文基于型钢混凝土组合结构提出用活性粉末混凝土代替普通混凝土,从而形成型钢活性粉末混凝土组合结构。此组合结构可充分结合型钢和活性粉末混凝土两者的优点,具有减小截面面积,提高承载力等优点,可以应用于大跨、超高层建筑以及和核电站工程中。柱是建筑结构中不可缺少的构件,本文就型钢活性粉末混凝土短柱展开研究。本文开展了型钢活性粉末混凝土短柱轴压试验、有限元分析和理论研究。首先,对4根型钢活性粉末混凝土短柱开展轴压试验,记录柱的整个试验过程,研究配筋率、配钢率、体积配箍率对型钢活性粉末混凝土短柱轴压承载力的影响,并同时分析了这三个因素对荷载-位移曲线的影响。在试验的基础上,使用了 ABAQUS有限元分析软件对4根型钢活性粉末混凝土短柱进行轴压模拟,将有限元分析结果和实际结果进行比,从而证明了了有限元分析的可行性。为了充分研究影响型钢活性粉末混凝土短柱轴压承载力的因素,使用ABAQUS有限元软件建立试件模型,对该组合结构进行更加深入的研究。最后分析了两种计算方法对型钢活性粉末混凝土短柱轴压承载力计算的适用性。本文最终研究成果如下:(1)型钢活性粉末混凝土短柱在竖向轴力作用下,起初柱身表面没有发生明显变化,随着轴力的增加有小混凝土块掉落。到达峰值荷载后,柱突然破坏,出现贯穿柱身的裂缝,而且峰值荷载突降,表现为脆性破坏。(2)通过在柱表面、纵筋、型钢上粘贴应变片,柱中部布置位移计,绘制荷载-应变曲线。发现到达峰值荷载之前,箍筋、纵筋以及型钢的应变都已经屈服。表明在构件受压过程中纵筋和型钢充分发挥自身作用,承担部分轴向压力。而且柱的轴向压力随着配筋率、体积配箍率以及配钢率的增加而增大。(3)应用ABAQUS软件模拟分析型钢活性粉末混凝土短柱,获取有限元模拟数据进行峰值荷载对比并绘制荷载-应变曲线,与试验结果进行对比,验证了本文所建立模型的可靠性。利用ABAQUS软件进行参数分析,发现增大活性粉末混凝土、纵筋、型钢的强度,增加配筋率、配钢率以及体积配箍率均可有效提高型钢活性粉末混凝土短柱的轴压承载力。(4)本文采用考虑箍筋约束的两种方法计算型钢活性粉末混凝土短柱轴压承载力,将试验结果与计算结果相比较,对比结果表明,考虑箍筋约束作用的计算公式适用于本文提出的型钢活性粉末混凝土短柱轴压承载力计算。为了进一步验证考虑箍筋约束作用承载力计算公式的合理性,将有限元模拟的组合柱轴压承载力与公式计算结果进行对比,对比结果误差较小。
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