薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压性能试验研究

摘要

从保护环境、节约资源、减少固体废弃物排放等角度出发，针对废弃混凝土构件的再利用问题，在华南理工大学初步研究钢管再生混合构件的基础上，本文结合废弃混凝土构件再利用问题和薄壁方形钢管内壁设置纵向加劲肋，提高钢板发生局部屈曲的临界应力，使应力分布更趋均匀从而延缓管壁局部屈曲的问题上进行论述，二者寻求一个平衡点，对不带肋和带肋薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压性能进行了研究，开展了以下初步工作：
　　（1）通过15个薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压试验，研究结果表明：试件的主要破坏形态为腰鼓形压皱破坏，个别试件有发生剪切型破坏的趋势，这主要是新旧混凝土组合层处的混凝土强度及再生块体中含有大小不均匀的卵石骨料对试件的力学性能和破坏形态有很大影响；试件的钢管处于弹性状态时，各面受力比较均匀，中截面和角部的各应变增长均匀变化，进入弹塑性状态，试件应变变化受到核心混凝土破坏情况和剪切破坏面位置的影响较大；根据试验破坏模式及组合层核心混凝土破坏分析结果，建立了薄壁方形钢管再生块体混合短柱的由钢管局部屈曲和组合层核心混凝土破坏引起的腰鼓形压皱破坏理论模型；荷载-变形曲线在下降段的破坏阶段，不带肋试件表现出软化特性，带肋试件表现出明显的加劲效果，说明具有良好的承载能力和抗变形能力；不带肋试件的轴压承载力提高系数SI均随截面宽厚比和套箍系数的增大而先增大后减小，这是因为不带肋短柱的管壁存在宽厚比限值，B/t≤72；带肋试件的S I分别随截面宽厚比B/t的增大而减小，套箍系数ξ的增大而增大，这是因为带肋短柱的子板件的宽厚比满足要求；带肋试件的延性系数DI比不带肋试件的偏大，平均提高延性系数为53.75％。
　　（2）采用有效宽度法考虑薄壁钢管的局部屈曲对极限承载能力的不利影响，通过对试验数据的回归，得出不带肋和带肋薄壁方形钢管再生块体混合短柱的混凝土提高系数与套箍系数基本呈线性关系，并推出本文不带肋和带肋薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压承载力表达式，并能很好地预测本文薄壁方形钢管再生块体混合短柱构件的轴压承载力，并与规程、有关文献公式进行对比分析，具有较高的计算精度，可为有关工程实践提供参考。
　　（3）利用ANSYS10.0有限元软件对试件进行非线性有限元分析，对试件进行应力、应变、变形及内部混凝土裂缝分析，得出带肋薄壁方形钢管混凝土的受力机理；AN S YS分析反应的混凝土裂缝发展形态基本反应试件的裂缝发展情况，与试验发生腰鼓形压皱破坏的裂缝部位、分布情况基本相符。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 再生骨料混凝土的研究现状

1.3 薄壁钢管再生混凝土柱的研究现状

1.4 本文研究的主要内容及方法

第二章 薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压性能试验方案

2.1 概述

2.2 试验规划和设计

2.3 加载方式和测试内容

第三章 薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压力学性能试验研究

3.1 概述

3.2 破坏形态分析

3.3 应力-应变曲线分析

3.4 荷载-变形曲线分析

3.5 薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压力学行为分析

3.7 本章小结

第四章 薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压承载力研究

4.1 国内外轴压承载力计算方法比较

4.2 薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压承载力计算表达式

4.3 本章小结

第五章 薄壁方形钢管再生块体混合短柱的非线性有限元分析

5.1 引言

5.2 单元类型

5.3 材料的本构关系和破坏准则

5.4 模型的建立与网格划分

5.5 收敛控制策略

5.6 有限元计算结果分析

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)