【摘 要】
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方钢管约束超高强混凝土柱具有承载能力高,截面适应性强,施工便捷等特点,钢管的约束作用使超高强混凝土脆性破坏的问题有效改善。但目前有关方钢管约束超高强混凝土(UHSC Ultra-High Strength Concrete)短柱力学性能的研究较匮乏,承载力计算方法不明确。为此本文以试验研究、有限元模拟、理论分析的方式,对该类构件的力学性能展开研究,基于分析所得,提出轴压承载力计算方法。主要工作内容
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方钢管约束超高强混凝土柱具有承载能力高,截面适应性强,施工便捷等特点,钢管的约束作用使超高强混凝土脆性破坏的问题有效改善。但目前有关方钢管约束超高强混凝土(UHSC Ultra-High Strength Concrete)短柱力学性能的研究较匮乏,承载力计算方法不明确。为此本文以试验研究、有限元模拟、理论分析的方式,对该类构件的力学性能展开研究,基于分析所得,提出轴压承载力计算方法。主要工作内容如下:1)进行了方钢管约束UHSC短柱试验研究,以混凝土抗压强度、含钢率为参数对比分析了破坏形态、荷载-位移、荷载-应变和荷载-泊松比曲线。试验结果表明:方钢管约束UHSC短柱的破坏模型主要受混凝土抗压强度和约束力影响。内填UHSC与内填普通混凝土试件的变形曲线具有相同的受力阶段,但同套箍系数时,内填普通混凝土试件的弹塑性阶段更长。含钢率较低方钢管约束UHSC短柱,极限荷载后,承载力出现明显和突然的下降。约束力或套箍系数相同时,极限荷载前,内填UHSC试件泊松比增长幅度更小,约束力发挥不充分,钢管对核心UHSC的约束效果更差。2)采用经验证的有限元模型,以混凝土抗压强度、倒角率、含钢率、截面长短边比值、钢材屈服强度为参数对方钢管约束UHSC短柱的约束效果进行分析,分析表明:随着含钢率提高,内填UHSC构件极限承载力的提高幅度低于内填普通混凝土短柱,内填UHSC构件的约束效果受长短边比值、倒角率的影响程度较低。套箍系数相同时,方钢管约束UHSC短柱的约束效果明显低于方钢管约束普通混凝土短柱,且随着套箍系数增大,约束效果的差异更加明显,试验与有限元分析结果对此现象有着一致的变化规律。进一步对约束机理分析后发现,内填UHSC与内填普通混凝土试件约束效果不同的根本原因是核心混凝土压拉比不同。3)介绍了国家规范计算方法和基于Mander公式的计算方法,并进行了精度评价,选择误差最小的计算方法进行修正,根据前文分析所得,提出了约束折减系数。研究表明:随着材料可选范围扩大,两种计算公式均不能对方钢管约束UHSC短柱的极限承载力作出准确的预测,且套箍系数提高,误差逐渐增大。根据UHSC与普通混凝土约束效果的差异,在计算公式中引入约束折减系数,修正后的计算方法可准确的预测本文参数范围内所有构件的极限承载力。
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