考虑初应力与徐变影响的钢管再生混凝土柱稳定性能研究

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钢管再生混凝土柱作为组合构件在多层结构中具有广阔的应用前景。钢管再生混凝土在结构中作为竖向承重构件时,其稳定性能是设计阶段以及工程应用需考虑的关键力学性能。钢管在施工阶段产生的初应力以及核心混凝土在持荷阶段发生的徐变均会影响构件的稳定性能。目前对再生粗骨料混凝土的长期性能的研究较为充分,但尚无对于同时掺入再生粗、细骨料混凝土的基本徐变研究,尚未形成可靠且具有普适性的预测方法。因此,本文研究了不同再生粗、细骨料取代率对试件基本徐变的影响。建立考虑再生粗、细骨料耦合作用影响的基本徐变模型;研究钢管初应力及徐变共同作用下影响钢管再生混凝土柱稳定性能的主要参数,推导初应力及徐变作用下钢管再生混凝土柱稳定承载力计算公式。具体研究内容如下:(1)开展了9组共45个再生混凝土的基本徐变试验,试验参数包括再生粗骨料取代率(0%、50%与100%)以及再生细骨料取代率(0%、50%与100%)。重点研究了不同再生粗骨料取代率下再生细骨料取代率对基本徐变发展速率的影响以及耦合作用对基本徐变终值的影响。基于试验结果,提出了考虑上述影响的再生混凝土基本徐变模型,将模型与现有试验结果对比验证了模型的可靠性。基本徐变试验涵盖了不同再生粗、细骨料取代率的再生混凝土。研究表明,单独掺入再生细骨料会在试验早期增加了再生混凝土的基本徐变,从而使得再生混凝土基本变形提前达到稳定水平。同时再生细骨料的掺入会降低基本徐变,且随着再生粗骨料取代率提高,由再生细骨料所引起的再生混凝土基本徐变降低变得更为显著。(2)结合课题组前期研究成果以及本文提出的再生混凝土基本徐变模型,采用ABAQUS建立了长期荷载作用下钢管再生混凝土徐变稳定性能分析模型。基于模型开展了系统性的参数分析,研究时效作用对钢管再生混凝土柱稳定承载力的影响。主要参数包括:长细比、含钢率、再生粗、细骨料取代率、长期荷载等级、核心混凝土强度等级以及钢材屈服强度。结果表明,时效作用对不同参数的构件稳定承载力均有影响,在钢管混凝土框架柱长细比范围内(λ≤80),时效作用可使构件稳定承载力降低10.1%,在设计时应予以考虑。(3)基于本文建立的钢管再生混凝土徐变稳定性能分析模型以及ABAQUS中“MODEL CHANGE”命令,建立了考虑钢管初应力及徐变共同作用的钢管再生混凝土稳定性能分析模型。基于模型对初应力及徐变共同作用下钢管再生混凝土柱稳定承载力进行了系统性的参数分析。考虑参数包括:再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、长细比、含钢率、长期荷载等级、钢管初应力水平、核心混凝土强度等级以及钢材屈服强度。分析结果表明,初应力与徐变共同作用对钢管再生混凝土柱稳定性能的影响较仅考虑时效作用而言更为显著,其中构件稳定承载力降低幅度比仅考虑时效作用时提高35.9%~72.6%,在钢管混凝土框架柱长细比范围内(λ≤80)可使构件稳定承载力降低17.0%。基于初弯曲构件稳定理论和Perry公式,对考虑钢管初应力以及徐变的钢管再生混凝土柱稳定承载力计算公式进行理论推导,并与有限元模型计算结果进行对比,吻合较好,变异系数为1.4%,最大差异不超过10%,满足实际设计使用中的精度要求。
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