圆形不锈钢管RPC中长柱轴心受压性能研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:samsam1005
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随着社会在材料方面的不断更新,钢管混凝土得到了进一步的发展。活性粉末混凝土(RPC)由于材料组分的良好致密性与活性,其内部缺陷大大减少,从而获得超高的强度、韧性以及耐久性。相较于普通碳素钢管,不锈钢管具有更高的强度、延性、耐久性以及抗冲击性。因此将这两种高性能材料组合成不锈钢管RPC结构,可进一步提升钢管混凝土结构的整体性能。为指导不锈钢管RPC中长柱作为承压结构在实际工程的应用,本文采用试验、数值模拟、理论三种方法对其轴压性能展开研究。主要内容如下:(1)对不锈钢管RPC中长柱进行轴压试验,主要分析了试验构件在长径比、含钢率、套箍系数等参数下的强度和延性,得出结论:不锈钢管RPC中长柱的长径比越大,其轴压承载力和延性越小;含钢率和套箍系数越大,其轴压承载力和延性越大。通过分析试验构件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,将不锈钢管RPC中长柱轴压受力分为弹性阶段、弹塑性阶段和荷载下降阶段,并对各阶段构件的试验现象进行了理论分析。(2)选择合理的材料本构模型,利用有限元软件ABAQUS对本次试验进行有限元模拟。对比数值结果与试验结果,验证了有限元建模的可靠性。在此基础上扩大参数分析,得出结论:不锈钢管的屈服强度、RPC的强度和含钢率是影响其轴压承载力的主要因素,其中含钢率的影响最大。最后通过分析不同加载阶段构件的钢管Mises应力云图和核心RPC应力云图,阐述了不锈钢管RPC短柱和中长柱的破坏机理。(3)应用模型柱法分析轴压不锈钢管RPC中长柱承载力与挠度的关系。首先进行计算方法的推导,然后利用MATLAB进行编程计算,得到了荷载与挠度曲线。通过与试验值对比,验证了本次模型柱法对计算构件承载力的可靠性,最后对模型柱法的关键参数进行取值分析,得出结论:当钢管和混凝土纤维单元N取20,初始偏心距e0取L/500,收容误差δ取0.05,挠度增量Δy取0.1mm,应变增量Δε0取1×10-5时,模型柱法计算结果与试验结果吻合良好且程序可以快速稳定收敛。(4)在已收集数据库的基础上,探讨了国内外有关规范中普通钢管混凝土轴压承载力计算方法对普通钢管RPC与不锈钢管混凝土短柱的适用性,另外对各文献所提出的钢管混凝土的计算方法进行了相应的对比分析,发现:各规范的计算值偏于保守,王秋维和胡成玺所提出的计算公式对相应构件的计算精度最高。最后构建了属于不锈钢管R PC的强度和稳定承载力计算公式,经过验证,计算值与试验值吻合较好且稍偏安全。
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