方钢管再生混凝土轴压短柱力学性能试验研究与有限元分析

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将废弃混凝土作为再生混凝土骨料应用于再生混凝土,不仅可以保护环境,还可以节约资源,因此是一种很好的处理建筑废弃混凝土的方式。废弃混凝土的再利用已经引起广泛关注,且已有的研究表明,废弃混凝土可以作为再生骨料用于生产建筑结构用混凝土。但是,与普通混凝土相比,再生混凝土强度和模量低,徐变和收缩大。由于钢管混凝土中核心混凝土与外部钢管有良好的协同工作性能,将再生混凝土填入钢管内形成钢管再生混凝土可以很好地改善再生混凝土的力学性能。已有的研究结果表明,钢管再生混凝土的轴压力学性能与普通钢管混凝土类似,但是由于再生混凝土这种材料具有更大的离散型,已有的研究对于再生粗骨料取代率等参数的研究还不够详尽,结论还尚未统一,并且对含钢率较大的试件研究较少,有必要开展更大范围的关于再生粗骨料取代率和较大含钢率等的研究,从而验证并进一步完善已有的相关结论。  本文通过试验研究和有限元模拟相结合的方式探究了方钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能和破坏机理,分析了各参数对其基本力学性能的影响。本文研究的主要内容如下所示:  (1)为研究钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能,进行了24个试件的轴压试验,选取再生粗骨料取代率(0%,25%,50%,75%,100%)和含钢率(9.65%,16.87%)为主要试验参数,同时也考虑了抗剪栓钉有无和养护条件差异的影响,分析了各参数对试件破坏模式、荷载-位移关系曲线、极限承载力、初始弹性模量以及延性等性能的影响。  (2)基于有限元软件ABAQUS建立了方钢管再生混凝土短柱轴压的力学模型,通过本文和其他学者的58组试验数据,对模型的正确性和适用性进行了验证,结果吻合较好,表明该有限元模型能够较好地模拟方钢管再生混凝土短柱的力学性能。利用建立的有限元模型进行了截面不同位置的约束效应分析,结果表明再生粗骨料取代率对约束作用影响不大。  (3)基于本文以及收集的试验结果,对各国现有的矩形钢管普通混凝土短柱承载力计算公式的准确性和适用性进行了评估,结果表明ACI、AIJ、EC和CECS159-2004在预测方钢管再生混凝土短柱承载力时都略显保守,GB50963-2014的计算结果高估了其承载力约4%左右。  本文的研究同时表明,将再生混凝土应用于方钢管再生混凝土是可行的,文中的数据可以进一步用于建立核心再生混凝土的应力-应变关系模型并且进行钢管再生混凝土短柱的可靠度分析。
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