钢管轻集料混凝土抗弯性能试验研究与理论分析

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轻集料混凝土的最大特点就是在抗压强度与普通混凝土相同的条件下,其密度一般可降低25%~40%。如果用轻集料混凝土代替普通混凝土形成钢管混凝土,会在钢管普通混凝土的基础上进一步降低结构自重20%左右,将给结构设计带来很大方便。钢管轻集料混凝土构件由于其优越的结构性能,在桥梁工程等具有广阔的应用前景。 本文进行了21根钢管轻集料混凝土与8根空钢管构件的纯弯试验,主要试验参数为:轻集料混凝土强度、含钢率和剪跨比。在试验研究的基础上,对钢管轻集料混凝土的抗弯性能进行了有限元分析,取得了以下的初步成果: (1)采用四分点和三分点加载方式对29根试件进行了纯弯试验,试验结果表明,由于内填轻集料混凝土的存在,克服了钢管可能发生的局部屈曲,使得钢管轻集料混凝土的抗弯承载力与空钢管相比提高20%~30%,并且钢管轻集料混凝土弯曲延性良好。 (2)对钢管轻集料混凝土抗弯性能的影响参数进行了分析,结果表明,提高构件的含钢率可以显著提高钢管轻集料混凝土构件的抗弯承载力,并且构件的抗弯刚度也有明显的提高;轻集料混凝土的强度对构件的抗弯性能影响较小;剪跨比对构件的抗弯性能没有影响。 (3)采用已有的钢管混凝土规范公式对钢管轻集料混凝土的抗弯承载力和抗弯刚度分别进行计算,计算结果与试验值进行分析比较。基于试验结果,建议了计算钢管轻集料混凝土抗弯承载力与与抗弯刚度的规范公式。 (4)采用有限元软件ANSYS对钢管轻集料混凝土构件进行模拟计算,分析了构件在单调荷载作用下的弯矩—曲率关系曲线,并对其影响参数进行分析,计算结果与试验值吻合较好。反复荷载作用下的弯矩—曲率滞回关系曲线呈纺锤形,曲线图形饱满,说明钢管轻集料混凝土构件具有良好的抗震性能。
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