钢管超高性能混凝土短柱轴压力学性能研究

来源 :广州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:raymond20082002
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超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种具有极高强度和极佳耐久性等众多优势的新型土木工程材料,超高性能混凝土与钢管的结合形成了钢管超高性能混凝土(钢管UHPC)。用钢管UHPC作为承压构件,凭借极高的承载力为超高层建筑和大跨度结构的建造提供有力支撑。目前,关于钢管UHPC构件研究中,主要是对圆钢管UHPC短柱分析,少数对方钢管UHPC短柱分析,缺少两种截面构件对比分析。此外,现有规程公式适用于钢管普通混凝土和钢管高强混凝土构件承载力的计算,规程公式能否用于钢管UHPC短柱轴压承载力的计算,有待于更深入的研究。基于方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压性能对比研究的不足及缺少相应的承载力计算公式,本文通过大型通用有限元软件ABAQUS,对方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压力学性能和极限承载力展开研究,主要研究成果如下:(1)基于钢管普通混凝土短柱轴压承载力公式的推导方法,并参考相关研究,分别建立了方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算公式函数类型。(2)建立了方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压有限元模型并计算,模拟的破坏形式、荷载-位移曲线、极限承载力与试验的破坏形式、荷载-位移曲线、极限承载力基本吻合。(3)在各参数的影响下,方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压荷载-位移曲线包括四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、荷载下降阶段和平稳阶段。研究参数相同时,方钢管UHPC短柱的荷载-位移曲线下降速度和幅度更大。(4)在钢管UHPC短柱柱中截面处,方钢管对UHPC的有效约束区域主要集中在四个角部及核心区,圆钢管对UHPC的约束均匀,应力在圆周方向上是均匀分布的。(5)方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压承载力提高系数都大于1,承载力提高系数随宽(径)厚比的增大而减小,随钢管强度与混凝土强度比值的增大而增大。混凝土贡献率随宽(径)厚比和混凝土强度的增大而增大,随套箍系数的增大而减小,建立了混凝土贡献率与套箍系数的关系式。极限承载力随混凝土强度、钢管强度、钢管壁厚和截面尺寸的增大而提高。研究参数相同时,圆钢管UHPC短柱的承载力提高系数、混凝土贡献率和极限承载力更大。(6)现有的钢管混凝土规程承载力公式不适用于钢管UHPC短柱轴压承载力计算,规程公式计算值与模拟值有不同程度的偏差。基于建立的承载力公式函数类型,通过数据拟合得到了方钢管UHPC短柱和圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算公式。本文承载力公式得到已有的钢管UHPC短柱轴压承载力试验值的有效验证,与其他文献中钢管UHPC短柱轴压承载力公式相比,本文公式的计算精度总体上有所提高。
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