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建筑结构学报 2024年第2期45卷 175-188页

作者：郑永乾何多艺 MBANDA Erneste 福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福建福州350118

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能,进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究,主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢... 详细信息

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能,进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究,主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明:不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性,承载力随再生砖骨料掺量增加而减小,再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大,短柱的轴压刚度越小,不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大;再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时,修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型,建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算,提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。

关键词：钢筋再生混凝土短柱不锈钢管约束轴压性能有限元分析承载力轴压刚度

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不锈钢管约束钢筋（型钢）再生混凝土短柱轴压力学性能研究

不锈钢管约束钢筋（型钢）再生混凝土短柱轴压力学性能研究

引用

作者：何多艺福建工程学院

学位级别：硕士

利用再生混凝土既能降低碳排,又能节省天然骨料资源,对实现双碳目标具有重要意义。然而,建筑垃圾中的主要无机硬质可分为废混凝土和废烧结砖,碎红砖很难与废弃混凝土块分离,所以本课题采用的是再生砖和再生混凝土骨料制备的混合型再生... 详细信息

利用再生混凝土既能降低碳排,又能节省天然骨料资源,对实现双碳目标具有重要意义。然而,建筑垃圾中的主要无机硬质可分为废混凝土和废烧结砖,碎红砖很难与废弃混凝土块分离,所以本课题采用的是再生砖和再生混凝土骨料制备的混合型再生混凝土。制备成的再生混凝土抗压强度、延性、弹性模量都低于普通混凝土,尤其是高砖骨料掺量条件下的吸水率更大。因此,将再生混凝土灌入钢管可以较好的控制再生混凝土强度的离散性,拓宽其工程应用范围。钢管混凝土结构是钢管和混凝土作为一个整体共同受力,钢管处于双向应力状态,当核心混凝土的横向应变系数大于钢材的泊松比时,钢管才能对核心混凝土产生约束效应。当钢管的(径)宽厚比较大时,钢管由于承担轴向荷载,会更容易发生局部屈曲现象,从而导致整个构件的延性降低。而且钢管混凝土结构的梁柱节点一直以来都是施工中的难题。钢管约束混凝土柱在梁柱节点连接处将外部钢管断开而形成一定间隙,从而达到尽可能消除钢管的纵向应力目的,在核心混凝土中嵌入纵向钢筋或型钢来承受轴力和弯矩,用外包钢管代替了主要受环向力的箍筋。不锈钢管较普通碳素钢管美观、耐久、耐腐蚀、维护费用低,相较于碳素钢,有更好的后期应变强化能力和变形性能,约束效果更好。本文提出不锈钢管约束混合型再生混凝土结构。采用约束的形式(在距试件上下端板25mm处分别将不锈钢管切开两条10mm的环状带,使得不锈钢管不直接承担纵向荷载,只对核心再生混凝土起约束作用),既减少了用钢量,又减轻了焊接的工作量,让节点连接处施工更加方便,对核心混凝土的约束效果更加明显。外不锈钢管不直接承担轴向荷载,所以不易发生屈服,更充分地利用了钢材和混凝土的强度,更好地提高承载力和延性。因此,本文对共36根圆形或方形截面不锈钢管约束钢筋、型钢、碳素钢管再生混凝土柱分别展开了详细的研究,具体工作内容如下:(1)进行了圆形和方形截面共8个不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的轴压试验研究,并设置2个不锈钢管钢筋再生混凝土和2个钢筋再生混凝土对比构件;进行了圆形和方形截面共8个不锈钢管约束工字型钢再生混凝土短柱的轴压试验研究,并设置2个不锈钢管约束双工字型钢再生混凝土、2个不锈钢管型钢再生混凝土和2个型钢再生混凝土对比构件;进行了圆形和方形截面共8个不锈钢管约束碳素钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,并设置2个叠合柱再生混凝土对比构件。以不锈钢管厚度(1.4和1.9mm)、再生砖骨料掺量(0、50%和100%)以及构件类型为主要考察的参数,对其破坏形态、荷载-轴向应变关系、荷载-不锈钢管应变关系、极限承载力、刚度和延性等力学性能进行了理论分析。发现增加不锈钢管壁厚或降低再生砖骨料取代率可提高柱的承载力。砖骨料取代率越高,不锈钢管约束再生混凝土抗压刚度越低,延性越好。不锈钢管的壁厚对轴压刚度的影响可以忽略不计。(2)利用ABAQUS软件分析圆形或方形不锈钢管约束钢筋、型钢、碳素钢管再生混凝土短柱的轴压性能,代入了混合型再生混凝土的实际强度和弹性模量等系数,修正了现有圆形不锈钢管约束再生混凝土的本构,有限元分析结果和试验结果拟合良好。(3)基于以上结果,对共计702个不同参数下三种构件轴压模型进行计算,结果与《钢管约束混凝土结构技术标准》、Zheng等设计公式结果偏差较大。分析了试件的径(宽)厚比、不锈钢管的屈服强度、再生混凝土的抗压强度、再生砖骨料掺量、钢筋屈服强度和纵筋配筋率对不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压性能的影响,提出了圆形和方形不锈钢管约束钢筋再生混凝土构件轴压承载力和刚度设计方法;分析了径(宽)厚比、不锈钢管的屈服强度、再生混凝土的抗压强度、再生砖骨料掺量、型钢屈服强度和型钢含钢率对不锈钢管约束型钢再生混凝土短柱轴压性能的影响,提出了圆形和方形不锈钢管约束型钢再生混凝土构件轴压承载力和刚度设计方法;分析了试件的径(宽)厚比、不锈钢管的屈服强度、夹层或核心再生混凝土抗压强度和砖骨料掺量、碳素钢管的屈服强度及径厚比、内外管径比对不锈钢管约束碳素钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响,提出了圆形和方形不锈钢管约束碳素钢管再生混凝土构件轴压承载力和刚度设计方法,可供科研人员和工程技术人员参考。

关键词：不锈钢管约束钢筋(型钢)再生混凝土轴压承载力轴压刚度有限元

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