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高温后方钢管再生混凝土柱力学性能试验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 钢管再生混凝土结构

1.1.2 建筑火灾的危害与灾后评估

1.2 国内外研究现状

1.2.1 常温下钢管再生混凝土静力荷载下的试验研究

1.2.2 常温下对钢管再生混凝土动力性能的研究

1.2.3 高温后钢管混凝土研究现状

1.3 研究目的与内容

1.3.1 研究意义与目的

1.3.2 研究内容

1.3.3 主要创新点

第2章 高温后方钢管再生混凝土柱轴压试验研究

2.1 试件制作

2.1.1 试验材料

2.1.2 试件设计

2.2 高温试验

2.2.1 试验装置

2.2.2 高温试验

2.3 高温试验结果与分析

2.3.1 钢管再生混凝土柱表观变化

2.3.2 再生混凝土立方体试块表观变化

2.4 材料性能

2.4.1 再生混凝土材料性能

2.4.2 钢材材料性能

2.5 轴压试验

2.5.1 加载设备

2.6 破坏形态

2.7 应力应变曲线

2.7.1 取代率对应力应变曲线的影响

2.7.2 温度对应力应变曲线的影响

2.7.3 冷却方式对应力应变曲线的影响

2.7.4 套箍指标对应力应变曲线的影响

2.8 峰值应力

2.8.1 取代率对峰值应力的影响

2.8.2 温度对峰值应力的影响

2.8.3 冷却方式对峰值应力的影响

2.8.4 套箍指标对峰值应力的影响

2.9 峰值应变

2.9.1 取代率对峰值应变的影响

2.9.2 温度对峰值应变的影响

2.9.3 冷却方式对峰值应变的影响

2.9.4 套箍指标对峰值应变的影响

2.10 延性系数

2.10.1 取代率对延性系数的影响

2.10.2 温度对延性系数的影响

2.10.3 冷却方式对延性系数的影响

2.10.4 套箍指标对延性系数的影响

2.11 刚度退化

2.11.1 取代率对刚度退化的影响

2.11.2 温度对刚度退化的影响

2.11.3 冷却方式对刚度退化的影响

2.12本章小结

第3章 高温后方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

3.1 试件设计

3.2 试件制作

3.3 材料性能

3.3.1 材料物理性能

3.3.2 材料力学性能

3.4 加载装置与加载制度

3.4.1 加载装置

3.4.2 加载制度

3.5 试验测量

3.6 高温试验过程及现象

3.7 抗震试验现象描述

3.7.1 取代率单参数变化试件

3.7.2 套箍系数单参数变化试件

3.7.3 冷却方式单参数变化试件

3.7.4 温度单参数变化试件

3.8 本章小结

第4章 高温后方钢管再生混凝土柱抗震性能数据分析

4.1 滞回曲线

4.2 骨架曲线

4.2.1 取代率对骨架曲线影响

4.2.2 套箍指标对骨架曲线影响

4.2.3 温度对骨架曲线影响

4.2.4 冷却方式对骨架曲线影响

4.3 特征点与变形性能

4.3.1 特征点及延性系数

4.3.2 位移转角

4.5 耗能能力

4.5.1 等效粘滞阻尼系数

4.5.2 影响因素分析

4.6 刚度退化

4.6.1 割线刚度

4.6.2 刚度退化影响因素分析

4.6.3 刚度拟合曲线

4.7 二阶效应分析

4.8 本章小结

第5章 高温后方钢管再生混凝土柱承载力计算

5.1 高温后方钢管再生混凝土柱轴压承载力计算

5.1.1 引言

5.1.2 高温后方钢管再生混凝土柱轴压极限承载力计算

5.2 高温后方钢管再生混凝土柱抗震水平承载力计算

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 轴压构件

6.1.2 抗震构件

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

方钢管再生混凝土结构作为一种新型、绿色环保的组合结构体系,既能够充分利用废弃混凝土,有效的节约自然能源,保护环境,同时又融合了钢管混凝土结构的承载力高、塑韧性好等优点,具有广泛的应用前景。目前本课题组已对方钢管再生混凝土柱的轴压和抗震性能做了一定的研究,本文主要对高温后方钢管再生混凝土柱轴压及抗震性能进行研究,为进一步揭示方钢管再生混凝土柱力学性能提供依据与参考。
  以取代率、温度、套箍指标及冷却方式为试验参数,对44个方钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、延性及刚度退化等各项轴压性能指标。研究结果表明:温度对试件的承载力和变形性能影响均较大,取代率对对延性和刚度影响幅度大于其对承载力的影响;冷却方式对承载力影响不大,而对延性和刚度影响较大;套箍系数越大,钢管对混凝土约束作用越好,承载力越高,峰值点总体上后移。建议采用规程AIJ(1997)或韩林海计算式求解高温后方钢管再生混凝土柱轴压极限承载力。
  以取代率、温度、套箍指标及冷却方式为试验参数,对8个方钢管再生混凝土柱进行了低周往复荷载试验,获取了滞回曲线、骨架曲线、特征点与变形性能、耗能、刚度退化等抗震性能指标。研究结果表明:各试件的滞回曲线饱满,各试件的平均位移延性系数在2.82~5.47之间,且全部试件均值为3.56,试件的延性性能良好;所有试件破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.4122~0.5377之间,是普通钢筋混凝土结构的2倍以上,说明经历高温后,在低周往复荷载作用下,各试件的耗能能力仍旧良好;取代率对特征点荷载影响不大,冷却方式对极限承载力影响不大,温度对承载力有不利影响,增大截面面积能显著提高试件承载力;随着套箍指标的增大,试件刚度退化放缓,试件初始刚度随着温度的增大而减小,冷却方式对试件的初始刚度影响较大,对最大刚度退化相差不大。采用规程《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS计算高温后方钢管再生混凝土柱的水平承载力是可行的。

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