长期荷载和腐蚀共同作用下钢管混凝土偏压性能实验研究

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钢管混凝土柱结构具有优越的力学性能在建筑中应用广泛。实际工程中,在建筑使用年限内,钢管混凝土常处于偏心受力状态,长期荷载会加剧构件变形,因此研究长期荷载对钢管混凝土构件偏压力学性能的影响具有工程意义;同时,随着环境问题的加剧,我国多省市成为酸雨多发区,而酸雨对钢管混凝土外层钢材具有腐蚀作用,削弱钢管的物理性能,降低构件的承载能力,对构件的影响不容忽视。本文针对长期荷载、酸雨腐蚀作用对钢管混凝土柱的偏压力学性能进行研究。本文运用实验与数值模拟相结合,研究讨论了徐变、腐蚀对钢管混凝土构件力学性能的影响。试验包括钢管混凝土偏压徐变实验、钢管混凝土电腐蚀实验、钢管混凝土偏压破坏实验。整理实验结果,结合数值模拟,具体研究分析过程如下:(1)研究长期偏心荷载对钢管混凝土变形的影响,实验对12根钢管混凝土施加长期的偏心荷载,1根构件施加长期轴心荷载作为对比试件,实验结果表明:构件挠度与应变随持荷时间的增加而增大,且加载前期构件变形较快,后期逐渐趋于平稳。(2)研究酸雨溶液对钢材腐蚀的影响,分为局部腐蚀、全腐蚀、无腐蚀三种方式,结合腐蚀时间的不同,测量腐蚀深度验证法拉第电解定律。实验结果:实测钢管腐蚀厚度与电解定律计算结果较为吻合,用其预测钢管混凝土的腐蚀速率具有一定准确性。(3)对徐变、腐蚀后的钢管混凝土构件进行偏压破坏,结合荷载-位移曲线荷、载-应变曲线、挠度、破坏情况,分析长期荷载、腐蚀对钢管混凝土力学性能的影响。对比发现:长期荷载和腐蚀作用都会降低构件的初始刚度,使构件达到极限承载力时的挠度与应变增大;对比长期荷载和局部腐蚀,全腐蚀对构件的影响较大。(4)长期荷载会增大钢管混凝土长柱的初始挠度,而腐蚀作用会降低钢管对核心混凝土的约束,二者都会降低构件的偏压承载力,计算各批次钢管混凝土徐变及腐蚀后的承载力折减系数,发现折减系数与长期荷载持荷时长与腐蚀率具有相关性。(5)建立了ABAQUS有限元计算模型,与实验结果对比,验证了模型具有一定准确性。进一步进行参数分析,拟合出钢管混凝土偏压承载力的简化计算公式,与最总偏压破坏的极限承载力相比较,发现计算结果与实验结果相吻合。
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