钢管再生混凝土克服了传统再生混凝土的力学缺陷,为拓展再生混凝土在结构工程中的应用范围开辟了新的途径,作为主要竖向承重构件在多层及小高层建筑中具有较为广阔的应用前景。研究表明,与钢管普通混凝土相似,钢管再生混凝土亦具有优良的抗压性能与抗震性能。然而,初步试验研究表明,掺入再生骨料可使钢管再生混凝土的徐变变形增大20%~30%,不能采用钢管普通混凝土徐变模型进行钢管再生混凝土长期静力性能分析。长期荷载作用下,钢管再生混凝土构件变形增加的同时,截面应力产生重分布,进而导致构件的稳定承载力降低,设计中应予以重视。但目前关于钢管再生混凝土长期性能的研究较少,为此,本文将对钢管再生混凝土的长期静力性能进行深入研究,具体内容包括:(1)进行150个立方体和60个棱柱体的再生混凝土轴压力学性能试验研究,根据试验结果确定再生混凝土应力-应变关系曲线计算表达式;基于课题组已有试验数据,采用剥离分析方法分析再生粗骨料取代率对不同参数的钢管再生混凝土短柱在轴压荷载作用下钢管及核心混凝土短期静力性能的影响,并结合再生混凝土轴压力学性能的试验结果,确定考虑约束效应的钢管及核心混凝土应力-应变关系表达式。(2)现有再生混凝土徐变模型不能考虑基体混凝土水灰比对再生混凝土徐变性能的影响。为此,进行8组40个混凝土柱长期变形试验研究,考察基体混凝土水灰比对再生混凝土徐变性能的影响;根据试验结果,对现有模型进行修正,提出可考虑再生粗骨料取代方式、基体混凝土水灰比和目标水灰比对再生混凝土徐变性能影响的再生混凝土徐变模型;将模型的分析结果与现有再生混凝土徐变试验结果进行对比,验证所修正模型的可靠性。(3)进行低应力水平下共21个核心混凝土强度等级为C50的钢管再生混凝土试件的长期持荷试验,研究钢管再生混凝土线性徐变特性。具体包括,实测核心混凝土初始应力水平为0.3时钢管再生混凝土的长期变形,考察再生粗骨料取代率及加载龄期对试件长期静力性能的影响。基于试验结果,采用逐步积分法和体积无穷大假设,分析各再生混凝土徐变模型在预测钢管再生混凝土构件长期静力性能时的可靠性;以逐步积分法为基准,比较有效模量法、平均应力法、龄期调整的有效模量法这三种简化计算方法在钢管再生混凝土长期响应分析的精确性,从结构安全考虑建议在钢管再生混凝土结构的设计施工中采用平均应力法进行分析。(4)进行高应力水平下(核心混凝土应力水平>0.45)共22个钢管普通混凝土和钢管再生混凝土试件的长期持荷试验,研究高应力水平下钢管再生混凝土的非线性徐变特性及其对构件截面承载力的影响。具体包括,实测试件钢管的横纵向变形,考察再生粗骨料取代率及混凝土初始应力水平对试件长期静力性能的影响;通过剥离分析方法,研究高应力水平持荷作用下,钢管对核心混凝土约束效应随时间的变化规律;长期荷载试验结束后,进行承载力试验,考察长期荷载作用对试件破坏模式、极限荷载以及加载过程中钢管对核心混凝土约束效应发展规律的影响。在试验研究的基础上,结合钢管再生混凝土的徐变特点,考虑钢管与再生混凝土的材料非线性以及再生混凝土非线性徐变特性,对现有混凝土非线性徐变模型进行修正,提出钢管再生混凝土非线性徐变的预测模型与分析方法;采用MATLAB编制数值分析程序,将预测结果与试验结果进行对比,验证所建立模型及分析方法的可靠性。(5)编制UMAT二次开发程序将再生混凝土徐变模型及考虑材料非线性和钢管约束效应的混凝土应力-应变关系曲线引入ABAQUS,建立可考虑钢管再生混凝土收缩徐变及其所引起的屈曲前变形对构件静力性能影响的有限元分析模型;通过系统参数分析,研究时效作用对钢管再生混凝土柱长期变形、截面应力和稳定承载力的影响,考虑参数包括:混凝土初始应力水平、长细比、钢材屈服强度、再生粗骨料取代率、基体混凝土水灰比、混凝土强度、含钢率和加载龄期。研究表明,时效作用对钢管再生混凝土构件静力性能影响显著,持荷50年后,可使构件长期变形增加30%~198%;掺入再生粗骨料可使构件长期变形增幅提高10%~47%;高应力水平下,钢管再生混凝土构件表现出明显的非线性徐变特征,当混凝土初始应力水平为0.70时(与实际钢管混凝土工程中核心混凝土的最高应力水平接近),其徐变系数比低应力水平时高159%;在房屋框架柱长细比限值范围内(λ≤80),时效作用可使钢管再生混凝土构件的稳定承载力最大降低17%。在钢管再生混凝土构件静力性能设计中建议考虑时效作用的影响,相关设计公式需反映再生粗骨料影响及高应力水平下钢管再生混凝土构件的非线性徐变特征。