冻融循环作用后钢管混凝土短柱力学性能研究

摘要

由于具有良好的力学性能，钢管混凝土被越来越广泛的应用到实际工程中。目前，多数研究关注钢管混凝土构件的短期荷载效应，然而，与钢筋混凝土构件类似，钢管混凝土构件也可能遭受氯离子腐蚀和混凝土冻胀问题。近年来，由于混凝土内自由水的结冰和迁移以及钢管的低温开裂，我国北方发生了多起钢管混凝土构件低温破坏事故。因此，研究冻融环境下的性能对于保证寒区钢管混凝土结构的安全至关重要。
　　本文从试验和理论两方面着手，较深入地研究了冻融循环作用后钢管混凝土短柱的轴压力学性能，主要进行了以下工作:
　　(1)综述了钢管混凝土的轴压力学性能、FRP增强混凝土的抗冻性能和钢管混凝土的抗冻性能方面的研究现状，阐述了本文的研究内容和研究方法。
　　(2)设计并完成了15个圆形截面和15个方形截面钢管混凝土短柱受冻融循环作用后轴压力学性能试验，主要考察了冻融循环次数和截面含钢率对冻融循环作用后钢管混凝土轴压力学性能的影响。
　　(3)基于对试验结果的分析，初步提出了考虑冻融循环作用影响的核心混凝土本构关系模型，并利用有限元软件ABAQUS建立了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的理论分析模型，数值计算结果与试验结果吻合较好。
　　(4)利用经试验结果验证的理论模型，系统分析了冻融循环次数、材料强度和截面含钢率对冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱力学指标的影响，并建议了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱承载力和组合弹性模量的简化计算公式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 钢管混凝土的特点及其发展

1．1．1 钢管混凝土的特点

1．1．2 钢管混凝土的发展

1．2 混凝土抗冻耐久性能研究进展

1．2．1 混凝土冻融破坏机理

1．2．2 影响混凝土抗冻性能的因素

1．3 相关课题的研究现状

1．3．1 钢管混凝土的轴压力学性能

1．3．2 FRP增强混凝土的抗冻性能

1．3．3 钢管混凝土的抗冻性能

1．4 本课题的研究意义及主要工作

1．4．1 选题的背景及意义

1．4．2 本文的主要工作

2 试验研究

2．1 试验概况

2．1．1 试件设计

2．1．2 试件制备

2．2 试验方法

2．2．1 冻融循环试验

2．2．2 轴压试验

2．3 试验结果及分析

2．3．1 试验现象及结果

2．3．2 试验结果分析

2．4 本章小结

3 理论分析

3．1 材料本构关系模型

3．1．1 钢材

3．1．2 混凝土

3．2 有限元计算模型

3．2．1 单元选取及网格划分

3．2．2 界面模型

3．2．3 边界条件

3．2．4 非线性方程组求解

3．3 计算结果与分析

3．4 本章小结

4 简化计算

4．1 参数分析

4．2 简化计算公式

4．2．1 轴压强度承载力

4．2．2 组合弹性模量

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢