波纹钢管橡胶混凝土轴心受压短柱力学性能试验研究

发布时间：2020-05-20 07:23

【摘要】：钢管混凝土结构以其良好的力学性能和经济性,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,钢管混凝土本身的主动耗能愈发重要。为了提高钢管混凝土的主动耗能能力,将耗能性能优越的橡胶混凝土灌入到波纹钢管中形成一种新型的钢管混凝土结构形式,即波纹钢管混凝土。这样既提高了结构的主动耗能能力;同时波纹钢管能够对灌入的橡胶混凝土提供足够的约束作用,有效地弥补橡胶混凝土抗压承载力低的劣势。本文对波纹钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了试验研究和有限元数值模拟分析,主要工作和成果如下:(1)完成了 15个轴心受压短柱的试验,包括5个圆钢管、7个环向波纹钢管、3个螺旋波纹钢管约束的普通混凝土和橡胶混凝土试件。试验中观察并记录了试验现象,分析了钢管结构形式、承载方式、径厚比以及橡胶颗粒掺量对其轴压力学性能的影响。分析表明,环向波纹钢管对核心混凝土的约束效果最佳;径厚比(D/t)是影响试件性能的重要指标;橡胶颗粒的掺入能使试件具有良好的延性性能。(2)根据试验过程中获取的逐级荷载作用下试件的横向变形、外钢管表面的环向应变与纵向应应变数据,对圆钢管、环向波纹钢管以及螺旋波纹钢管试件进行弹塑性分析,得出了波纹钢管表面应力变化的趋势以及试件内力分配规律,分析了圆钢管混凝土、环向波纹钢管混凝土、螺旋波纹钢管混凝土轴压作用下的工作机理。(3)对已有关于钢管混凝土以及FRP约束混凝土的本构关系进行梳理和分析,结合试验数据,针对圆钢管与环向波纹钢管约束形式采用不同的本构关系,利用有限元软件ABAQUS进行非线性分析,并采用对橡胶混凝土关键参数的定义模拟橡胶混凝土试件的轴压力学性能。将有限元计算获取的钢管表面应力、荷载-纵向应变曲线与试验数据进行对比,两者吻合度良好,表明本文采用的本构关系与分析方法可以用于试件的轴心受压研究中。(4)将试验结果与几个具有代表性的规范计算结果进行对比分析,基于“承载力叠加原理”,提出了针对不同钢管结构形式下,试件极限承载力的计算方法。
【图文】：

截面图,橡胶混凝土,截面

大量试验研宄成果表明，，由于废旧轮胎橡胶骨料的掺入，提高了混凝土以及耗能性能，但是不可避免地降低了混凝土自身的抗压强度和弹性模量，所以橡逡逑胶混凝土在实际应用中存在一定的局限性。为应对橡胶混凝土的局限性，将橡胶混逡逑凝土填入到钢管中形成钢管混凝土结构，钢管约束了混凝土，使其处于三向受压状逡逑态，提高橡胶混凝土的抗压强度，而混凝土可以延缓或避免薄壁钢管过早地发生局逡逑部屈曲，两种材料相互弥补了彼此的弱点，充分发挥了各自长处，使钢管混凝土具逡逑有较高的极限承载力、幵性和抗冲击性能，并且制作和施工方便。然而钢管混凝土逡逑也存在脱粘、收缩、徐变等问题。因此将波纹钢管引入到钢管混凝土柱中，利用波逡逑纹钢内外凹凸的波纹形式，与填入的混凝土进行机械咬合；其独特的波纹形式对抗逡逑车辆撞击与地震耗能具有一定的积极作用。逡逑鉴于以上背景，可见对在波纹管中灌入混凝土（普通混凝土、橡胶混凝土）进逡逑行进一步研宄，不仅对废旧轮胎橡胶的处理提供了一个科学绿色的途径，更可能是逡逑对传统钢管混凝土结构局限性的重大改良，具有生态环境保护及提高我国桥梁结构逡逑耐久性的重要研究意义。逡逑

波纹,环向

逦北京交通大学硕士学位论文逦逡逑式的镀锌金属管道结构物，解决了传统管道生产效率低、污染严重、易腐蚀、焊接逡逑质量要求高等缺陷。按照现有的工厂制造水平，直径为０．３ｗ？２．５Ｗ之间的环向波纹逡逑钢管可一次制作成型；直径为０．３ｍ￣３．６ｗ之间的螺旋波纹钢管是通过冷弯成型、螺逡逑旋卷曲、咬口连接（ｌｏｃｋ－ｓｅａｍ）等技术形成的一种低污染、高效的新型材料。目前逡逑波纹钢被广泛的应用于公路桥涵、高速公路护栏、旧基础设施加固、新能源和军事逡逑等领域，波纹钢管约束混凝土墩柱在际工程中早已经应用，１－５。逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441

【参考文献】