波纹钢管型钢混凝土短柱轴压力学性能研究

发布时间：2020-05-06 08:07

【摘要】：钢管混凝土、钢管约束混凝土因具有承载力高、抗震性能好、施工方便、抗火性能优越等优势在国内外得到了广泛的应用,近年来,随着其应用领域的不断拓宽,钢管所接触到的外部环境变得越来越复杂,结构的腐蚀问题变得愈发严重,现有的防腐处理措施也存在着维护成本高、工作量大、施工操作难度高等诸多问题。为了解决结构的腐蚀问题,降低结构防腐措施的难度,同时保持结构优越的力学性能,本文提出了一种在镀锌波纹钢管内填充混凝土并配置型钢的新型组合构件,称之为波纹钢管型钢混凝土。镀锌波纹钢管与外部环境直接接触,在镀锌层的保护下,构件具有良好的防腐能力,同时波纹钢管还能对内部核心混凝土和型材提供足够的约束作用,使得构件具有良好的力学性能。本文对波纹钢管型钢混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和有限元分析,具体内容包括:(1)完成了9根轴压短柱的试验,包括1根型钢混凝土短柱、1根钢管约束型钢混凝土短柱、1根波纹钢管约束型钢混凝土短柱(端部切缝)、2根波纹钢管型钢混凝土短柱、2根由型钢和混凝土简单叠加的短柱(无钢筋笼)、2根配有钢筋笼的钢管约束型钢混凝土短柱。试验中观察了各类构件的破坏模式,测量了各类构件在轴压荷载作用下的整体变形以及外部钢管的应变变化,通过弹塑性应力分析对普通钢管和波纹钢管应力沿高度的分布规律进行了探讨。结果表明:波纹钢管型钢混凝土具有优异的轴压力学性能,波纹钢管能为内部核心混凝土和型材提供足够的约束作用,几乎不传递纵向荷载,且其应力沿柱高方向呈余弦分布。(2)采用有限元软件建立了波纹钢管型钢混凝土轴压短柱的有限元模型,通过试验数据对模型进行了验证,基于所建立的有限元模型讨论了波纹钢管和混凝土之间的粘结作用,验证了波纹钢管的应力分布规律,分析了波纹形式、摩擦系数、螺旋角等参数对构件轴压力学性能的影响。结果表明:波纹钢管与内部混凝土咬合紧密,改变摩擦系数对构件无影响,常用波纹钢管的螺旋角影响可以忽略不计,波纹钢管的波高和波距比值宜为0.2。(3)基于所建立的有限元模型,对混凝土强度、波纹钢管钢材屈服强度、波纹钢管径厚比、型钢含钢率等影响构件轴压承载力的关键参数进行了分析。在探讨相似构件轴压承载力计算方法的基础上提出了波纹钢管型钢混凝土短柱的轴压承载力计算方法,并基于有限元算例对公式进行了验证。结果表明:所提出的波纹钢管型钢混凝土轴压承载力计算公式与有限元算例吻合良好。
【图文】：

屡见不鲜[28]。尤其是长期处于复杂、潮湿、腐蚀环境中的桥梁结构、风机或电机塔架、海洋结构等，如果没有采取相应的防护措施，结构很容易产生各种类型的锈蚀，使结构在达到设计使用寿命之前就已失效[29]。现有的防护措施也存在着诸多问题，例如传统的防腐涂料容易脱落、新型高分子材料成本高昂，户外防护施工操作困难等（图 1-2 所示）。随着结构所接触到的外部环境变得越来越复杂，如工业环境、邻海水域、盐渍环境等，如何解决暴露在腐蚀环境中的建筑结构耐久性问题至关重要。（a）钢筋混凝土柱墩腐蚀

- 2 -（a）防腐涂料易剥落 （b）新型防腐材料贵 （c）施工工作量大 （d）高空作业难图 1-2 现有防腐措施存在的不足钢材成本高昂，考虑到建筑结构的经济性，需尽可能降低钢材用量，这样就需要减小钢管的厚度，，形成薄壁钢管结构，但薄壁钢管由于局部刚度过低，极易发生局部屈曲，使得钢管过早退出工作并丧失对核心混凝土的紧箍力，钢材的强度得不
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

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本文编号：2650950