钢管高强机制砂混凝土短柱轴压性能试验研究

发布时间：2020-05-06 19:58

【摘要】：以机制砂替换天然河砂配制高强混凝土,在一定程度上缓解天然河砂资源匮乏与建设需求日益增长的矛盾,并能有效解决天然砂过度采掘引发的环境问题。高强机制砂混凝土具有强度高的优点,但脆性也十分大,因此较难以直接应用于工程实际。将其灌注入钢管内,通过钢管的约束作用改善其脆性,并使得两者的材料性能充分发挥,因而,这种组合构件具有承载力高、变形能力强以及延性好的优点。轴压性能反映了钢管混凝土组合构件的基本力学性能。钢管普通混凝土构件的轴压性能研究早已开展的较为充分,而对于钢管高强机制砂混凝土的研究还未见报道。本文设计了54根钢管高强机制砂混凝土短柱构件,并进行了轴压实验。以钢管径厚比、机制砂原料形态、机制砂混凝土强度及机制砂石粉含量为考察参数,研究了各变化参数对钢管高强机制砂混凝土短柱轴压性能的影响。研究了钢管约束高强机制砂混凝土应力-应变曲线,提出了其本构模型,并对本构模型的精度进行了验证。主要研究内容如下:(1)在钢管高强机制砂混凝土短柱轴压试验中,测量得到试件在试验全过程中的承载力、位移、钢管应变等。观察试件在试验中的破坏规律,钢管高强混凝土短柱在轴压实验中表现出剪切型和腰鼓型两种破坏形态;并且分析得出试件纵向荷载-变形曲线主要有弹性、弹塑性、下降段、强化这四个阶段。(2)分析了钢管高强机制砂混凝土短柱在轴压实验中的破坏模式、试件轴力和纵向压缩变形的关系、钢管纵向应变变化、试件横向变形特点,进而发现径厚比和核心机制砂混凝土强度对钢管高强机制砂混凝土对试件的变性特点和破坏形态影响巨大;在实验基础上分析钢管高强机制砂混凝土腰鼓型和剪切型两种破坏模式的原因,并进一步分析钢管高强机制砂混凝土轴压情况下的受力原理。(3)研究了机制砂的原始形态(石灰石,卵石)、机制砂混凝土强度(C60、C80、C100)、机制砂石粉含量(3%、5%、7%)、钢管径厚比(D/t(28)28、32.5 38、)对钢管高强机制混凝土极限承载的作用。(4)在轴压试验基础上推导出钢管高强机制砂混凝土短柱的承载力计算公式,并将推导公式与钟善桐公式、韩林海公式,蔡绍怀公式、我国规范CECS28-90,欧洲规范EC4-1994公式和美国钢结构协会AISC360-2005公式进行比较。(5)在试验基础上得到核心高强机制砂混凝土应力-应变曲线曲线,并对曲线上升段和下降段进行统计回归,得到约束机制砂混凝土应力-应变本构关系,在此基础上对约束高强机制砂混凝土应力-应变实验曲线和模拟曲线进行对比,以验证本构关系式的合理性。
【图文】：

实测图,机制砂,混凝土工作性能,强度测试

钢管高强机制砂混凝土短柱轴压性能试验研究通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）[60]测试混凝土各项指标，通过测量坍落度坍落拓展度来检测机制砂混凝土工作性能[61]，浇筑了150m m 150m m 150mm的标准立方体混凝土试块以及150m m 150m m 300mm棱柱体试块。混凝土试块用钢模成型，经浇筑、振捣成型后，放置于在深圳大学土木学院养护室（温度（20±3）℃，相对湿度≥90%）。达到 28 天龄期后取混凝土试块，使用深圳大学结构实验室电伺服液压压力机按照实验要求测量得到立方体抗压强度cuf 和轴心抗压强度ckf 。机制砂高强混凝土工作性能和强度测试实测图见图 2.1。机制砂高强混凝土各项性能数据见表 2-8，表格中 A-C60-3%，A 表示机制砂原料形态是卵石，C60 表示机制砂混凝土轴心抗压强度标准值是 60Mpa，3%表示细骨料中石粉含量。

棱柱体,试块

图 2.2 棱柱体试块实验图从试验情况来看，试块开始受力的时候基本没有任何形变，试块荷载位移曲线呈线性变化，当荷载加到大约峰值 80%的时候会看到试块的小碎片飞溅，同时有明显的劈裂声传出，试块荷载-位移曲线出现弯曲，，荷载持续增加，接近峰值的时候，试块突然爆裂破坏,试件的破坏变现为中部斜剪破坏。何盛东博士[62]对机制砂混凝土和普通混凝土的力学性能进行了系统的对比分析，本文试验结果与他的分析十分吻合。为了能够直观比较高强机制砂混凝土应力-应变曲线和普通高强混凝土应力-应变曲线的差异性，将试验中直接测量得到的高强机制砂混凝土应力-应变关系曲线和普通高强混凝土应力-应变曲线对比图如图 2.3 所示，普通高强混凝土单轴受压应力-应变计算曲线根据余志武[63]统计的本构模拟而成，具体公式如下：211211 ( 2)1( 1)A x xxA xyxx x x (2-1)
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

【参考文献】