冻融循环作用后金属管混凝土梁柱节点力学性能研究

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我国大部分地区结构物都会经受冻融循环作用,在经历长期的冷冻和解冻循环后,结构物的力学性能会受到不同程度的影响。钢管混凝土组合结构,与普通混凝土相比,其刚度,强度和稳定性都有很大程度地提升,正是这种良好的受力性能,使其广泛应用于生产实践,有关理论研究也较为丰富。但是钢管混凝土组合结构材料仍有缺点,即钢材容易生锈,耐腐蚀性差,这不仅会导致维修成本的提高,而且还会带来结构上的隐患。当钢管混凝土组合结构长时间在极端恶劣的环境中遭受冻融循环作用时,钢材的这些缺点可能会引发致命破坏,于是有部分学者提出研究不同材料的金属管混凝土组合结构,如不锈钢和铝合金材料。其中,在建筑行业,已经有许多应用铝合金混凝土组合结构的成功案例。铝合金材料具有许多不同于钢材的特点,例如耐腐蚀,自重小,外观优美等特点,但是铝合金材料和钢管材料的热膨胀系数差异较大,前者约为后者的两倍。目前,钢管混凝土和铝合金管混凝土梁柱节点在冻融循环作用后力学性能变化的研究还较少,限制了二者在更多领域的应用。为研究钢管混凝土节点和铝合金管混凝土节点构件在冻融循环作用后的性能差异性,本文通过实验和理论完成了如下工作:1)本文选择框架结构梁柱节点作为研究对象,分别设计了钢管混凝土“梁柱节点”和“推出试件”各5根,铝合金管混凝土“梁柱节点”和“推出试件”各5根,并让试件在冻融环境试验箱中分别经受0次,100次,200次,300次的冻融循环作用;2)通过实验得到两种材料的管混凝土节点经冻融循环作用后的弯矩承载力,绘制了这些节点的弯矩-转角曲线图,并分析结果产生的原因,并给出了一定范围内节点弯矩-转角关系的计算模型;3)利用设计的“推出试件”,通过推出实验,得到两种材料的管混凝土经过不同冻融循环次数作用后,混凝土与钢管和铝合金管表面的粘结-滑移全过程曲线,并测出了推出过程中,金属管表面的应变分布,分析了混凝土与管壁的粘结情况;4)利用有限元软件ABAQUS对试件的节点的静力加载过程进行模拟,从理论上研究节点的破坏机理;对“推出试件”进行模拟,研究混凝土与金属管表面的粘结-滑移过程。
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