冻融循环作用后铝合金管混凝土轴心受压构件力学性能研究

摘要

铝合金管混凝土具有自重轻、抗腐蚀性强、低温性能好以及外观优美等特点，因此铝合金管混凝土结构具有很高的研究价值。到目前为止，已有学者对铝合金管混凝土构件进行研究，但大多体现在构件常温下轴心受压承载力、压弯稳定性以及抗疲劳等方面。然而，与常用金属管混凝土（钢管混凝土、不锈钢管混凝土）构件相比，铝合金管材料的热膨胀系数约为混凝土材料热膨胀系数两倍，本文以此为研究背景，通过试验研究了冻融循环过程对铝合金管混凝土柱界面粘结强度影响情况和不同冻融循环次数对不同长径比的铝合金管混凝土柱轴心受压力学性能影响情况。验证了常用金属管混凝土承载力计算公式对铝合金管混凝土构件的适用性，在此基础上建议了冻融循环折减系数φ对铝合金管混凝土承载力公式进行修正，并用试验结果与修正后的承载力计算结果进行对比，吻合较好。
　　本文主要工作内容如下:
　　(1)收集资料熟悉两种材料抗冻性能，翻阅相关设计规范设计试件尺寸，按照冻融循环规范要求设计温度曲线，根据研究内容设计试验方案。
　　(2)浇筑完成了9根铝合金管混凝土长柱、9根铝合金管混凝土短柱、9根铝合金管混凝土短柱推离试件以及部分辅助试件，所有试件均分为三组，取其中两组进行冻融循环试验，采集试验过程中不同试件测点应变片读数，通过试验数据分析冻融循环作用对铝合金管混凝土界面粘结性能的影响。
　　(3)对三组经过不同冻融循环周期处理后的铝合金管混凝土柱分别进行轴压试验，研究其冻融循环作用后轴压力学性能变化情况和破坏形态。并对铝合金管混凝土短柱推离试件进行推离试验，研究冻融循环作用对铝合金管混凝土界面粘结强度和界面剪应力临界值影响情况。
　　(4)使用有限元软件对铝合金管混凝土柱轴压试验过程、破坏现象以及极限承载力进行模拟，验证有限元软件计算的正确性和可行性。
　　(5)通过对试验数据进行分析，建议了冻融循环折减系数φ并对铝合金管混凝土承载力公式进行修正，通过试验数据验证修正后铝合金管混凝土柱承载力公式的正确性。
　　(6)根据有限元计算结果建议了铝合金管混凝土长柱稳定性折减系数系数ψ，得到经过冻融循环作用后的铝合金管混凝土长柱极限承载力计算公式，并通过试验结果验证公式正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 铝合金管混凝土组合结构的特点

1．1．2 冻融过程对铝合金管混凝土粘结界面的影响

1．1．3 铝合金管对核心混凝土受冻性能的影响

1．1．4 影响混凝土抗冻耐久性能的因素

1．2 相关课题研究现状

1．2．1 铝合金管混凝土结构研究

1．2．2 钢管混凝土柱研究

1．2．3 不锈钢管混凝土柱研究

1．3 课题的目的和意义

1．4 本文的主要研究内容

第二章 冻融循环试验

2．1 试件的设计、制作和分组

2．2 冻融循环试验

2．2．1 试验方案

2．2．3 冻融循环试验对试件的影响

2．3 本章小结

第三章 铝合金管混凝土柱轴压试验

3．1．1 短柱试验方案

3．1．2 短柱试验测点选取和布置

3．1．3 短柱试验现象分析及数据处理

3．2 铝合金管混凝土长柱轴压试验

3．2．1 长柱试验方案

3．2．2 长柱试验测点选取和布置

3．2．3 长柱试验现象分析及数据处理

3．3 铝合金管混凝土短柱推离试验

3．3．1 引言

3．3．2 试验方案

3．3．3 试验结果及分析

3．3．4 铝合金板混凝土推离试验方案

3．3．5 铝合金板混凝土推离试验结果及分析

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 材料本构关系

4．2．1 混凝土本构关系

4．2．2 铝合金本构关系

4．3 有限元建模

4．3．1 非线性计算模型选取及参数设置

4．3．2 分析步设置

4．3．3 接触设置

4．3．4 荷载及边界条件设置

4．3．5 实体单元选取和网格划分

4．4 计算结果与试验结果对比分析

4．5 本章小结

第五章 冻融循环作用后铝合金管混凝土柱承载力计算

5．1 引言

5．2 常用金属管混凝土承载力计算方法

5．3 冻融循环作用后铝合金管混凝土柱承载力公式

5．3．1 铝合金管混凝土短柱承载力公式

5．3．2 铝合金管混凝土长柱承载力公式

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 值得深入研究的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果