火灾后自应力轻骨料钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

论文摘要

自应力轻骨料钢管混凝土是一种新型的钢管混凝土结构，这种组合结构同时具有轻骨料钢管混凝土和自应力钢管混凝土双重优点。与普通钢管混凝土结构相比，轻骨料钢管混凝土降低了结构自重，具有更好的抗震性能。初始自应力解决了因浇筑时振捣不充分、核心轻骨料混凝土刚度较低、以及收缩和徐变等因素引起钢管约束作用下降的问题。而且钢与混凝土组合结构具有较好的抗火性能，目前国内对普通钢管混凝土火灾后力学性能开展了较多的研究，而对火灾后轻骨料钢管混凝土的研究还比较少，尤其对自应力轻骨料钢管混凝土的火灾后力学性能的研究未见有文献报导。因此，开展常温及火灾后自应力轻骨料钢管混凝土力学性能的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文首先以含钢率和膨胀剂掺量为变化参数对9组钢管约束下的自应力轻骨料混凝土的膨胀性能进行了试验研究，测定了自应力轻骨料钢管混凝土短柱在火灾作用下的温度响应，并利用Marc有限元软件对火灾下构件的温度场进行了模拟分析；以含钢率、膨胀剂掺量和火灾温度为变化参数，对18根火灾后和9根常温下的自应力轻骨料钢管混凝土短柱进行了轴压力学性能的试验研究，分析了各个参数对常温及火灾后自应力轻骨料钢管混凝土短柱的承载能力和变形能力的影响情况，并对火灾后与常温试件的轴压力学性能进行了比较分析。研究结果表明：钢管对核心轻骨料混凝土的膨胀约束随着含钢率的增大而增大，且自应力的大小与膨胀剂掺量成正比；火灾中，核心混凝土的温度响应滞后于钢管，模拟计算结果与试验结果基本吻合；常温试件的试验结果验证了自应力对轻骨料钢管混凝土承载力的提高作用，初始自应力对火灾后轻骨料钢管混凝土短柱的承载力和整体刚度有提高作用，作用效果随火灾温度的升高而降低。自应力对低含钢率构件的力学性能的影响更加显著。本文根据试验结果，分析讨论了火灾温度对剩余承载力的影响规律，在普通钢管混凝土设计规程的基础上，提出了考虑自应力影响的轻骨料钢管混凝土短柱承载力计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢管混凝土的特点
• 1.2 钢管混凝土的发展概况
• 1.3 相关课题的研究现状
• 1.3.1 常温下钢管混凝土力学性能的研究现状
• 1.3.2 火灾下（后）钢管混凝土力学性能的研究现状
• 1.3.3 自应力钢管混凝土力学性能的研究现状
• 1.4 本文的研究意义和主要内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 2 钢管约束下的自应力轻骨料混凝土膨胀性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 自应力的计算及自应力轻骨料混凝土的膨胀机理分析
• 2.3 自应力轻骨料混凝土的原料及配合比设计
• 2.3.1 页岩陶粒和高效膨胀剂（HCMA）主要技术指标
• 2.3.2 自应力轻骨料混凝土的配合比
• 2.4 试验概况
• 2.5 试验结果分析
• 2.6 自应力的影响因素分析
• 2.7 本章小结
• 3 自应力轻骨料钢管混凝土短柱的火灾试验及温度场模拟
• 3.1 引言
• 3.2 火灾试验研究
• 3.2.1 火灾试验炉
• 3.2.2 试验设计和试件制作
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 试验现象
• 3.3.2 火灾试验实际升温曲线
• 3.3.3 构件温度场分析
• 3.4 温度场有限元模拟
• 3.4.1 钢材和轻骨料混凝土的热工性能
• 3.4.2 温度场计算的基本原理
• 3.4.3 温度场建模计算
• 3.4.4 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 常温及火灾后自应力轻骨料钢管混凝土短柱轴压试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试验设计
• 4.2.2 试件的加工制作
• 4.2.3 试验方法
• 4.3 常温试件的试验现象和结果分析
• 4.3.1 试验现象和破坏形态分析
• 4.3.2 荷载—位移关系曲线分析
• 4.3.3 荷载—应变关系曲线分析
• 4.3.4 常温试件轴压力学性能的影响因素分析
• 4.4 火灾后试件的试验现象和结果分析
• 4.4.1 试验现象和破坏形态分析
• 4.4.2 荷载—位移关系曲线分析
• 4.4.3 荷载—应变关系曲线分析
• 4.4.4 火灾后试件轴压力学性能的影响因素分析
• 4.5 火灾作用对自应力轻骨料钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响
• 4.5.1 火灾后试件的剩余承载力分析
• 4.5.2 火灾后试件的整体刚度分析
• 4.6 自应力轻骨料钢管混凝土短柱承载力的计算方法
• 4.6.1 普通钢管混凝土轴压短柱的承载力计算方法
• 4.6.2 自应力轻骨料钢管混凝土短柱的承载力计算方法
• 4.6.3 火灾后试件的承载力计算方法
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢