圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结滑移性能研究

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普通钢管混凝土存在的显著问题是核心混凝土硬化过程中产生的失水收缩现象,这极大减弱钢管混凝土组合构件的粘结性能,降低该种组合结构的可靠性和耐久性。钢渣具有一定的活性和硬度,由钢渣砂代替普通集料拌制成的钢渣混凝土,在抗压强度和耐久性方面表现优异,同时钢渣中含有较高的氧化镁和游离氧化钙,可使水泥浆体产生膨胀,这不仅弥补混凝土失水受缩的缺点,还可使钢渣混凝土与钢管产生自应力,从而有效改善该种组合构件界面粘结性能。因此,本文开展圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结性能试验研究与理论分析:试验研究圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结滑移性能,分析径厚比、套箍系数、含钢率以及钢渣混凝土膨胀率对试件破坏形态、荷载-滑移关系曲线、粘结强度、应变以及荷载-应变关系曲线的影响。研究结果表明,推出试件破坏形态为粘结界面剪切破坏。核心钢渣混凝土与钢管粘结界面处的粘结力与滑移变化分为三个阶段,在加载段,钢渣混凝土和钢管相对滑移量较小。随着径厚比和套箍系数的增大,试件界面粘结强度先增后减,随着含钢率和膨胀率的增大,界面粘结强度提高幅度变大。在降载段,钢管和钢渣混凝土相对滑移量变大,但尚未发生全界面滑移,界面粘结强度下降幅度随着径厚比的增大而增大,随着套箍系数、含钢率以及膨胀率的增大而减小。在恒载段,试件界面粘结力保持为常量,而钢渣混凝土与钢管的相对滑移持续增加,核心钢渣混凝土发生全界面滑移。试验研究圆钢管自应力钢渣混凝土柱轴压力学性能,分析套箍系数、钢渣混凝土膨胀率、加载方式以及试件损伤(核心钢渣混凝土发生全界面滑移)对试件破坏形态、承载力、刚度、应变、荷载-位移关系以及应力-应变关系的影响。通过对试验结果分析可知,圆钢管自应力钢渣混凝土柱破坏形态为受压屈曲破坏,随着套箍系数和钢渣混凝土膨胀率的增大,试件承载力有较大提升,刚度退化较小。不同加载方式试件极限承载力水平相当。混凝土先受力(A式加载)试件刚度退化速度慢,弹性阶段最长;钢管先受力(B式加载)试件刚度发展最不平稳,弹性阶段最短;共同受力(C式加载)试件刚度退化较慢,弹性阶段的长度介于A式与B式之间。预损伤试件破坏形态为受压屈曲破坏。预损伤试件界面粘结力较小,钢管传递给混凝土的荷载较少,因此预损伤试件前期轴压承载力和刚度较小。与未损伤试件相比,损伤试件承载力较低,刚度退化较快,弹性阶段较短,但两者极限承载力水平相当。界面粘结力对圆钢管自应力钢渣混凝土柱轴压极限承载力基本没有影响。在试验研究的基础上,揭示圆钢管自应力钢渣混凝土柱界面粘结滑移受力机理,考虑自应力对粘结强度的影响,建立圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结强度计算模型,考虑试件径厚比和套箍系数的影响,对试验数据统计回归,提出圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结强度简化计算公式。引入自应力影响系数,建立圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结-滑移本构关系,利用三段式粘结-滑移本构模型,提出圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结-滑移本构关系简化计算公式。考虑钢管与钢渣混凝土之间自应力的影响,运用极限平衡法,引入自应力影响系数,提出圆钢管自应力钢渣混凝土柱极限承载力计算公式和轴压刚度计算公式,建立圆钢管自应力钢渣混凝土柱应力-应变关系模型,探讨界面粘结力对圆钢管自应力钢渣混凝土柱轴压力学性能的影响。合理选取钢材和钢渣混凝土应力-应变关系,通过有限元软件ABAQUS,建立圆钢管自应力钢渣混凝土柱模型,利用非线性弹簧单元模拟界面粘结力与滑移之间的变化规律,模拟三种不同加载方式轴压试验,探讨了长径比和钢渣混凝土自应力对圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结性能和轴压力学性能的影响,揭示圆钢管自应力钢渣混凝土柱粘结滑移受力机理和轴压受力机理。
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