方中空夹层钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

摘要

工信部发布的《建材工业发展规划(2016～2020)》中提出“在保证产品质量和生态安全的前提下，在水泥、混凝土、墙体材料和机制砂石等产品中提高消纳产业废弃物能力，逐步增加可消纳固废的品种。基于建筑废弃物生产绿色建材。”努力研制保温再生混凝土，有利于解决建筑垃圾浪费严重、污染环境的问题，有利于解决建筑节能存在的问题。基于太原理工大学和本校对于玻化微珠这一新型无机轻质绝热保温材料研究上取得的初步成果，结合方中空夹层钢管混凝土这种新的组合构件形式，本文提出薄壁方中空夹层钢管玻化微珠再生混凝土柱这一组合构件形式，并对轻质玻化微珠再生混凝土和轴压短柱开展了试验研究和理论分析。具体开展了以下的初步研究工作:
　　(1)通过对粉煤灰掺量为20％，煅烧硅藻土掺量为3％，不同玻化微珠掺量(0％～120％)的100％再生粗骨料取代率混凝土的试验研究。结果表明:随着玻化微珠掺量的增加，再生混凝土的表观密度、弹性模量和导热系数均降低，当玻化微珠掺量为100％时，玻化微珠再生混凝土的立方体抗压强度可达32.55MPa，表观密度为1943kg/m3，较普通混凝土2387kg/m3降低22.9％，导热系数为0.3243W/(m·K)，较普通混凝土1.3153W/(m·K)降低74.6％;并整理分析得出玻化微珠再生混凝土fc与fcu的线性关系式:fc=0.81fcu。
　　(2)通过对12个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究。结果表明:试件主要呈现出腰鼓形压皱破坏，空心试件由于内钢管的设置，能有效延缓构件发生局部鼓曲，增强构件抵抗变形的能力，并使荷载分布更加均匀，过渡平缓;宽厚比为64和88的100％玻化微珠掺量的再生混凝土空心试件较100％玻化微珠掺量的普通混凝土实心试件极限承载力分别提高4.2％和12.9％;约束效应系数ξ对实心试件、空心试件的轴压承载力提高系数及延性系数影响差别明显，空心试件比实心试件的延性系数平均提高24.4％。
　　(3)采用有效宽度法考虑大宽厚比时外钢管的局部屈曲对极限承载力的不利影响，通过对试验数据的回归分析，得出实心和空心薄壁方钢管玻化微珠再生混凝土短柱的混凝土轴压强度提高系数k与约束效应系数ξ基本呈线性关系，推出本文实心和空心薄壁方钢管玻化微珠再生混凝土短柱的轴压承载力计算表达式，具有较高的计算精度，可为有关工程实践提供理论参考。
　　(4)利用有限元软件ANSYS对12个方中空夹层钢管再生混凝土短柱进行了轴心受压的非线性分析，得出试件的应力、应变、位移变化特点以及极限轴压承载力。结果表明:试件的受力机理、变形特征及轴压承载力与试验实测结果吻合良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煅烧硅藻土改性混凝土

1．2．2 玻化微珠保温混凝土

1．2．3 钢管再生混凝土柱

1．2．4 中空夹层钢管混凝土柱

1．3 本文研究的主要内容

第二章 玻化微珠再生混凝土力学性能与导热系数试验

2．1 试验方案设计及方法

2．1．1 试验原材料

2．1．2 试验方案设计

2．1．3 试验方法

2．2 试验结果分析

2．2．1 塑性状态分析

2．2．2 力学性能分析

2．2．3 导热系数分析

2．3 本章小结

第三章 方中空夹层钢管玻化微珠再生混凝土短柱轴压性能试验

3．1 试验规划和设计

3．1．1 试验目的

3．1．2 材料特性和试件设计

3．2 加载方式和测试内容

3．2．1 试件的加载装置和数据的采集装置

3．2．2 加载制度

3．2．3 测试内容和测点布置

3．3 试验结果与分析

3．3．1 试件破坏形态分析

3．3．2 应力-应变曲线分析

3．3．3 荷载-变形曲线分析

3．4 方中空夹层钢管再生混凝土短柱轴压力学行为分析

3．4．1 轴压承载力提高系数

3．4．2 延性分析

3．5 本章小结

第四章 方中空夹层钢管玻化微珠再生混凝土短柱轴压承载力

4．1 国内外轴压承载力计算方法的比较

4．2 方中空夹层钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算表达式

4．2．1 实心试件的轴压承载力计算表达式

4．2．2 空心试件的轴压承载力计算表达式

4．3 本章小结

第五章 方中空夹层钢管玻化微珠再生混凝土短柱有限元分析

5．1 单元类型的选取

5．2 材料的本构关系

5．3 有限元模型的建立与网格划分

5．4 收敛控制策略

5．5 有限元计算结果分析

5．5．1 试件的应力分析

5．5．2 试件的应变、位移分析

5．5．3 试件的极限轴压承载力分析

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录