自密实轻骨料钢管混凝土柱轴压性能试验研究

发布时间：2020-06-30 01:01

【摘要】：随着建筑向高层和超高层、大跨方向发展,对建筑物的主要承重骨架——柱子的性能要求越来越高。钢管混凝土柱因为承载力高、抗震性能好及施工方便等诸多优点,其在现代建筑设计中的应用越来越多。有关钢管混凝土柱的性能、应用理论等方面的研究越来越迫切。本文从工程应用需要,以陶粒为原材料,配置出SCLC50高强自密实轻骨料混凝土,并以该混凝土为钢管混凝土柱的核心混凝土填充料,研制高强自密实轻骨料钢管混凝土柱,研究钢管混凝土柱轴心受压承载力,并提供相应的计算方法。选择柱套箍系数、长细比、含钢率为变量参数,采用理论分析、试验研究和有限元仿真分析相互认证方法,分析研究自密实轻骨料钢管混凝土柱轴压承载力,对比自密实普通钢管混凝土柱的受压性能,为自密实轻骨料钢管混凝土柱的使用提供理论和试验依据。文章结合课题需要,开展自密实轻骨料钢管混凝土轴心受压柱承载力的分析研究,主要内容如下:1.高强自密实轻骨料混凝土(SCLC50)的配合比设计。优选基本力学性能和工艺相对简化的900级圆球型免烧结粉煤灰陶粒为骨料,依据《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283-2012),考虑拌合物的水灰比、陶粒的体积掺量及粉煤灰的体积掺量等参数,设计强度等级为SCLC50自密实轻骨料混凝土配合比,通过试验比较SCLC50的工作性能及试块的强度、表观密度,确定各参数对配合比的影响权重,优化该自密实轻骨料混凝土的配合比,由此得到:(1)水胶比是影响SCLC50强度的主要因素,当水胶比为为0.30时,混凝土强度为60.8MPa,达到了设计强度标准。(2)陶粒体积掺量的增加,可以显著改善混凝土的表观密度,其值为0.38m~3,SCLC50的表观密度为1850kg/m~3时,比强度最高。(3)活性掺合料粉煤灰,颗粒呈球状,表面光滑,可以显著改善混凝土的工作性能,当其掺量为胶凝材料总量的20%时,SCLC50工作性能较好。2.高强自密实轻骨料钢管混凝土柱受压性能试验研究。设计10根自密实钢管混凝土柱,通过改变钢管的长度、壁厚、及混凝土种类等参数,以研究长细比、含钢率、套箍系数对自密实轻骨料钢管混凝土柱的受压力学性能及破坏形态的影响,同时观测柱受压承载力,并得出以下结论:(1)在核心混凝土的强度等级分别为SCLC50及C50的前提下,将自密实轻骨料钢管混凝土柱与自密实普通钢管混凝土柱比较,两者的受压破坏形态基本相似:即构件的长细比为20时,多以材料强度破坏或剪切为主,长细比(λ=25)较大时,弯曲失稳破坏较明显。构件破坏时,自密实轻骨料钢管混凝土柱皱褶较多,变形性能表现较好,但其承载力小于自密实普通钢管混凝土柱。(2)在所有的研究参数中,对自密实轻骨料钢管混凝土柱的承载力及变形性能影响最显著的是核心混凝土强度大小,即随着混凝土强度的增加,其承载力最大增加了35.1%。3.高强自密实轻骨料钢管混凝土柱受压性能理论研究。基于钢管混凝土柱的极限承载力的极限平衡理论和统一强度理论,分析推导自密实钢管混凝土中长柱承载力,并将理论计算结果与试验实测值比较,并通过试验数据的拟合,提出承载力计算公式。4.高强自密实轻骨料钢管混凝土柱受压承载力的仿真分析。在拟静力试验的基础上,采用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元数值模拟分析,结果表明:(1)在极限荷载作用下,均呈现材料强度破坏,所有柱的受压变形呈“灯笼状”,最大压缩变形发生在柱中部。随着钢管壁厚增加,柱纵向最大压缩变形逐渐增大,最多可增大21.4%;而随着柱长细比的增加,柱的纵向最大压缩变形逐渐减小,最多可减小45.9%。(2)自密实轻骨料钢管混凝土柱在极限荷载状态下的纵向压应力,其值随钢管壁厚的增大而增大,最大可提高15.7%;而随着长细比的增大逐渐减小,最小降低9.11%。(3)实测和有限元分析结果都显示:钢管柱的核心混凝土强度对其承载力的影响较大,钢管壁厚、钢管长度对柱承载力的影响较小,主要原因是核心混凝土的强度导致柱的套箍系数变化,影响钢管对核心混凝土的约束作用,从而直接影响柱的承载力。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

粗集料,陶粒,轻骨料

如图2-1(a)所示，其粒径大小为 3-16mm 连续级配，以实现良好的流动性及避免因陶粒粒径原因而产生新拌混凝土的稳定性问题(离析)，并按照《轻骨料及其试验方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)进行陶粒的筛析试验及物理性能试验，以确保 SCLC50 高强自密实轻骨料混凝土的力学性能及耐久性；同时选取相同颗粒级配的普通碎石作为C50 自密实普通混凝土的粗集料，如图 2-1(b)所示。(a)粉煤灰陶粒 (b)普通碎石图 2-1 粗集料Fig. 2-1 Coarse aggregate1)颗粒级配按照规范《轻骨料及其试验方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)中的轻骨料颗粒级配试验方法及试验步骤，试验方法如图 2-2，试验结果见表 2-1。(a) (b)图 2-2 陶粒的筛析试验图 2-3 陶粒的堆积密度试验Fig. 2-2 Screening test of ceramsite Fig.2-3Test of Ceramic Grain Deposition Density

筛析试验,陶粒,颗粒级配,粗集料

轻骨料混凝土的力学性能及耐久性；同时选取相同颗粒级配的普通碎密实普通混凝土的粗集料，如图 2-1(b)所示。(a)粉煤灰陶粒 (b)普通碎石图 2-1 粗集料Fig. 2-1 Coarse aggregate)颗粒级配照规范《轻骨料及其试验方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)中的轻骨验方法及试验步骤，试验方法如图 2-2，试验结果见表 2-1。

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