钢管轻集料混凝土偏心受压力学性能试验研究

摘要

钢管轻集料混凝土结构是将轻集料混凝土浇筑于钢管之中而成的一种新型组合结构。它集钢管普通混凝土与轻集料混凝土两种结构的优势于一体，具有轻质、高强、延性好、施工方便等优点。相关研究表明，用轻集料混凝土代替普通混凝土形成的钢管轻集料混凝土结构，会降低结构自重20％左右，这将给结构设计及施工带来很大方便。钢管轻集料混凝土结构因其优越的结构性能，在桥梁工程中具有广阔的应用前景。 本文通过54根钢管轻集料混凝土柱的偏心受压试验，对钢管轻集料混凝土在偏压荷载作用下的宏观变形特征、荷载．纵向应变曲线、中截面应力应变关系、破坏模式及承载力、延性的影响参数进行了研究。引用钢管普通混凝土相关规范，对比了钢管普通混凝土与钢管轻集料混凝土的偏心受压极限承载力性能。最后，运用数据回归拟合的方法，推导了钢管轻集料混凝土偏心受压承载力的计算公式。 本文通过试验，理论分析，得到了以下主要结论： (1)在内填轻集料混凝土和钢管的相互作用下，钢管轻集料混凝土偏心受压构件在加载过程中具有很好的延性性能和后期承载力性能。试件的荷载．纵向应变曲线形状及变形发展过程大致相同，主要由弹性阶段，弹塑性阶段和下降段三个阶段组成。试件中截面变形基本符合平截面假定。 (2)对钢管轻集料混凝土构件偏心受压性能的影响参数进行了分析。结果表明，偏心率和长径比对试件中截面破坏模式具有很大影响：偏心率和长径比越大，试件越容易发生失稳破坏；偏心率、长径比和含钢率对试件极限承载力都有影响：偏心率、长径比越大，试件极限承载力就越小，含钢率越高，试件极限承载力也越大；长径比和含钢率对试件的位移延性系数、曲率延性系数具有影响：长径比越大，位移延性系数和曲率延性系数越小，含钢率越高，位移延性系数和曲率延性系数就越大。 (3)引用钢管普通混凝土相关规范，将钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的偏心受压极限承载力进行对比。发现在构件截面尺寸和材料强度相同的情况下，钢管轻集料混凝土偏心受压构件的极限承载力不亚于钢管普通混凝土偏心受压构件。CECS28：29(1992)规程的计算结果与试验实测结果吻合最好，建议将其作为钢管轻集料混凝土偏心受压极限承载力的预估计算公式。 (4)通过对试验数据的回归拟合，得到钢管轻集料混凝土偏心受压构件极限承载力的拟合计算公式为。在此基础上推导了钢管轻集料混凝土偏压承载力的简化曲线，它与用传统计算方法获得的曲线相比，更为安全、合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.1.1轻集料混凝土工程应用前景及存在的问题

1.1.2钢管混凝土结构的形式及特点

1.1.3钢管混凝土的基本工作原理

1.2钢管混凝土结构的研究现状及应用动态

1.2.1国外研究及应用动态

1.2.2国内研究及应用动态

1.3钢管轻集料混凝土的应用前景及研究现状

1.3.1钢管轻集料混凝土的优越性及应用前景

1.3.2钢管轻集料混凝土的研究现状

1.4本文的研究意义和研究内容

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

第二章钢管轻集料混凝土柱偏心受压试验

2.1概述

2.2试件设计与制作

2.3试件材料选用

2.3.1轻集料混凝土的选用

2.3.2钢材强度确定

2.4钢管轻集料混凝土柱偏心受压试验加载装置

2.5试验现象及全过程描述

2.5.1变形与破坏形态

2.5.2荷载-纵向应变曲线全过程描述

2.6本章小结

第三章钢管轻集料混凝土柱偏心受压力学性能分析

3.1概述

3.2试件的破坏模式判定

3.3极限承载力影响参数分析

3.3.1偏心率的影响

3.3.2长径比的影响

3.3.3含钢率的影响

3.4试件的约束效应分析

3.4.1约束效应简介

3.4.2偏心受压试件中截面约束效应分析

3.5试件的延性性能分析

3.5.1位移延性系数

3.5.2曲率延性系数

3.6本章小结

第四章钢管轻集料混凝土柱极限承载力分析

4.1概述

4.2极限承载力比较

4.2.1钢管普通混凝土偏心受压极限承载力计算公式介绍

4.2.2钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土极限承载力比较

4.3钢管轻集料混凝土极限承载力计算公式拟合

4.3.1长细比影响的承载力折减系数介绍及数据拟合

4.3.2偏心率影响的承载力折减系数介绍及数据拟合

4.3.3钢管轻集料混凝土极限承载力拟合公式

4.3.4 Nu/Nl-Mu/M0简化曲线

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文