RU-NC组合长柱极限承载力试验研究

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本课题组从跨海大桥桥墩施工钢模板造价过高以及混凝土长期受海水侵蚀的问题出发,提出了一种新型RU-NC组合柱结构,即采用离心工艺预制配置纵向钢筋和箍筋的薄壁超高性能混凝土圆管(RU圆管),在其内部浇筑普通混凝土(NC)形成组合柱,以充分发挥组合材料优势。本文采用模型试验、有限元计算和理论分析等手段,开展RU-NC组合长柱极限承载力试验研究,主要研究内容和结论如下:(1)以长细比和偏心率作为试验参数,进行10根RU-NC组合柱极限承载力试验。结果表明,组合柱受力可分弹性、带裂缝工作和钢筋屈服等阶段;弹性阶段内组合柱轴向应变符合平截面假定;在带裂缝工作阶段,由于UHPC掺入钢纤维,可起到桥接作用,仍可继续承担拉应力,组合柱截面刚度并未出现明显减小,这与钢筋混凝土柱具有显著区别;组合柱破坏形态均为构件材料达到极限强度而压溃破坏,当偏心率为0.1和0.2时,属于小偏心受压破坏,当偏心率为0.3时,属于大偏心受压破坏。(2)利用ABAQUS进行RU-NC组合柱有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,所提出的建模方法可用于组合柱数值分析;组合长柱极限承载力均随长细比和偏心率的增大而减小,且减小趋势逐渐趋缓;不同长细比与偏心率下组合柱承载力曲线互不平行,表明两者存在耦合作用;当长细比λ≤20时,组合柱承载力随长细比增大基本保持不变,属于短柱范畴;当20<λ<100时,承载力随着长细比的增加而不断降低,存在二阶效应,属于长柱范畴;当λ≥100时,组合柱破坏时UHPC轴向应变未超过极限压应变,为弹性失稳破坏,属于细长柱范畴。(3)借鉴现行规范开展RU-NC组合长柱承载力算法研究。结果表明,现行《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范》(JTG3362-2018)轴压构件稳定系数算法并不适用于组合柱的计算;考虑RU-NC组合柱受力特性,给出了相应的稳定系数计算公式;仅考虑偏心距增大系数和采用双系数乘积的承载力计算公式均不适用于RU-NC组合长柱偏压承载力计算,提出了考虑长细比和偏心率的耦合作用的RU-NC组合偏压长柱承载力计算公式,其与有限元结果的比值均值为1.07,均方差为0.135,可供工程设计使用。
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