钢套约束圆钢管钢渣混凝土柱轴压性能研究

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钢管混凝土柱(CFST)在弹性阶段初期,因钢材泊松比(约为0.3)与核心混凝土的泊松比(约为0.2)不同,使得二者共同承受轴向荷载时钢管的横向变形大于混凝土的横向变形,二者出现分离脱空现象,削弱了钢管对核心混凝土的约束作用,从而导致试件承载力下降,因此需要一种约束形式来改善钢管混凝土弹性阶段的粘结界面。而钢渣是各大钢企利用率最差的大宗固废之一,截至2020年,我国国内钢渣累计堆存近20亿吨,随着社会的进步、生产力的发展,如何合理利用钢渣已经成为迫在眉睫的社会问题。为解决上述问题,采用钢套形式的外部约束限制混凝土和钢管在弹性阶段初期的横向变形,并利用钢渣制作成钢管钢渣混凝土柱,将钢套约束与钢管钢渣混凝土柱相结合,形成钢套约束圆钢管钢渣混凝土柱。利用1000吨多功能结构试验系统对钢套约束圆钢管钢渣混凝土柱的轴压性能进行研究,主要研究结论如下:(1)对无钢套约束试件及钢套约束试件进行了轴压试验,通过对比二者的力学性能、破坏形态得出结论:无钢套约束试件的破坏形态主要为端部屈曲,而钢套约束试件的屈曲主要发生在两钢套间。外加钢套的约束形式可以有效限制钢管混凝土的横向变形,改善了钢管混凝土弹性阶段初期的界面粘结。钢套约束试件的承载力均大于无钢套约束试件,钢套约束试件的承载力比无钢套约束试件的承载力最大提高了23%。(2)分析了试件径厚比、核心混凝土钢渣替换率对试件力学性能的影响。对比各试件承载力及N-?曲线得出结论:当钢渣替换率为75%时钢管钢渣混凝土承载力最大;钢套对试件承载力的提升效果在径厚比(D/t=33.6)较大的试件中更为显著,平均提升幅度为13.1%,而在径厚比较小(D/t=21、22)的试件中平均提升幅度为6.7%。(3)将本文中轴压试验得到的承载力实际值与国内外钢管混凝土极限承载力公式计算值进行比较,发现钟善桐公式、韩林海公式、欧洲规范EC4-2004公式及美国钢结构协会AISC3600-16(2016)公式、美国混凝土结构规范ACI318(2014)公式计算结果均偏保守,而采用极限平衡理论的蔡绍怀公式计算值与本文的承载力试验值较为吻合,承载力计算值与试验值之比平均为0.92。在轴压试验结果的基础上对蔡绍怀公式进行参数修正,得到了适用于本文试件的极限承载力公式,修正公式承载力计算值与试验值之比平均为0.99。
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