钢筋轻质超高性能混凝土偏心受压柱力学性能试验研究

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目前,高性能混凝土存在自重大,强度低,易开裂等问题制约其在结构中的应用。课题组基于湖北省重大专项研发计划,研制了一种轻质超高性能混凝土(Lightweight Ultra-High Performance Concrete,简称LUHPC),并前期开展了梁的抗弯性能,长柱和短柱的轴心受压力学性能。为进一步掌握偏心荷载作用下钢筋LUHPC柱的力学性能,本文通过变化荷载偏心距和纵筋配筋率两个参数值,对16根钢筋LUHPC柱的力学性能进行了试验研究与理论分析。完成的主要工作如下:(1)设计4种配筋率(0%、1.39%、2.05%、3.57%)和4种偏心距(0mm、30mm、60mm、120mm)共16根LUHPC柱,并开展了偏心受压试验。试验结果表明,在偏心受压作用下,钢筋LUHPC偏心受压柱的破坏状态包含大偏心受拉破坏和小偏心受压破坏;大偏心受拉破坏为受拉区纵筋屈服﹑裂缝细密,受压区LUHPC被压裂;小偏压受压破坏为受拉区纵筋未屈服、裂缝细微且数量较少,受压区LUHPC被压碎。(2)在偏心距不变的情况下,随着纵筋配筋率的增加,钢筋LUHPC偏心受压柱的承载力逐渐增大。例如,当偏心距为30mm时,配筋率从0%增加到3.57%,钢筋LUHPC柱中截面的相对受压区高度由94mm增加到102mm,增加了8.5%;承载力从1140k N增加到1406k N,承载力增加了23.3%,其原因是纵筋率的增加导致截面相对受压区高度增大,此外钢筋也承受部分荷载。(3)在配筋率不变的情况下,随着荷载偏心距的增加,钢筋LUHPC偏心受压柱的承载力逐渐降低,例如,当配筋率为2.05%时,偏心距从30mm增加到120mm时,钢筋LUHPC柱中截面的相对受压区高度由98mm下降到28mm,下降了71.3%;承载力从1332k N下降到269k N,承载力下降了79.8%,其原因是随着偏心距的增加,截面有效受压面积减小,从而引起承载能力的降低。(4)基于荷载等效和荷载作用点不变的原则,推导出适用于LUHPC的等效应力矩形系数α1,β1值,并建立了适用于LUHPC的偏心距增大系数ηL和考虑受拉区混凝土拉应力的抗拉强度折减系数k,最后基于推导的上述系数值,提出了钢筋LUHPC偏心受压柱的承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为工程应用提供理论依据。
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