钢管自应力免振混凝土轴压柱设计理论研究

论文摘要

钢管混凝土结构能充分发挥钢管和混凝土两种材料的作用,具有优越的力学性能。混凝土是否充满整个钢管,均匀,密实,都将影响钢管混凝土的力学性能,进而影响到整个结构的安全使用。如何保证核心混凝土的施工质量是施工中的难题,由于核心混凝土施工质量不好而出现的事故时有发生。普通混凝土在硬化过程中产生收缩,使钢管的约束作用降低。另外,在持续荷载作用下,混凝土的徐变会使钢管应力逐渐增加,应力大到一定程度就会引起钢管局部破坏。本文将自应力混凝土和自密实混凝土技术应用于钢管混凝土中,利用自密实混凝土高流动性且不离析的特性,保证了核心混凝土的均匀和密实,克服了拱和长柱施工的困难。自应力混凝土在硬化过程中产生体积膨胀,在钢管的约束下核心混凝土加载前就处于三向受压状态 加载过程中钢管侧向约束作用得到充分发挥,使得钢管自应力混凝土的力学性能较普通钢管混凝土有所提高。已有的研究表明,自应力混凝土产生的膨胀变形以及自应力可以长期保持稳定,这就意味着在钢管中浇筑自应力混凝土可以完全避免普通混凝土因收缩产生的约束效应降低问题;同时,在使用荷载下自应力混凝土的徐变明显小于普通混凝土的徐变,从而获得钢管和自应力核心混凝土长期应变协调性,确保钢管自应力混凝土承载力长期稳定。本文通过试验和理论分析,主要研究了钢管自应力免振混凝土柱的变形和受力性能,主要有以下几个方面: 1、通过试验,研究了自应力混凝土的早期力学性能和膨胀变形的时变性规律。试验表明:使用硫铝酸盐自应力水泥,通过调整自应力混凝土的配合比,可以配制出具有自密实性的自应力混凝土。硫铝酸盐自应力混凝土早期强度发展非常快,1天的抗压强度就可以达到28天的50%以上,弹性模量达到28天的80%以上。在钢管的约束下,自应力混凝土的侧向初始应力能达到3～6MPa。计算分析中发现徐变变形和弹性变形大约能占有效自由膨胀变形的2/3,这两部分变形在计算中不容忽视;本文建立了徐变模式下的有效自由膨胀变形随龄期变化的计算公式。在此基础上通过回归分析得到了不同含钢率条件下限制膨胀变形与有效自由膨胀变形的关系,计算结果与试验结果符合较好。根据本文推导的限制膨胀变形计算公式可以计算出各个龄期时各种含钢率下的限制膨胀变形,根据内力平衡条件就可以得到初始自应力值。 2、通过钢管自应力混凝土轴心受压短柱试验,研究了初始自应力对其力学性能的影响。讨论了混凝土强度等级、含钢率,自应力水平等因素对极限承载力的影响。试验

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 钢管混凝土研究现状综述
• 1.2.1 钢管混凝土的特点
• 1.2.2 钢管混凝土设计理论研究现状
• 1.2.3 短期荷载作用下钢管混凝土的力学性能
• 1.2.4 长期荷载作用下钢管混凝土的力学性能
• 1.3 自密实混凝土研究综述
• 1.3.1 自密实混凝土的特点
• 1.3.2 自密实混凝土的原材料
• 1.3.3 自密实混凝土的配合比设计
• 1.3.4 自密实混凝土拌合物性能检测方法
• 1.3.5 硬化后自密实混凝土的力学性能
• 1.4 自应力混凝土研究综述
• 1.4.1 自应力混凝土的特点
• 1.4.2 自应力混i疑土的应用
• 1.4.3 自应力混凝土设计理论
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 钢管约束下的自应力混凝土膨胀性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 自应力免振混凝土配合比设计
• 2.3 硫铝酸盐自应力混凝土早期性能
• 2.4 核心混凝土的膨胀性能研究
• 2.4.1 三向限制对混凝土微观结构的影响
• 2.4.2 试验概况
• 2.4.3 应力分析
• 2.4.4 自应力混凝土膨胀机理分析
• 2.5 限制膨胀率与自应力值计算方法
• 2.6 结论
• 第三章 钢管自应力混凝土短柱轴压力学性能
• 3.1 前言
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 钢管自应力混凝土短柱破坏形态及分析
• 3.2.2 钢管自应力混凝土承载力影响因素
• 3.4 钢管自应力混凝土短柱承载力计算方法
• 3.4.1 普通钢管混凝土短柱计算方法
• 3.4.2 初始自应力影响下钢管混凝土的计算
• 3.5 结论
• 第四章 钢管自应力混凝土短柱数值分析
• 4.1 前言
• 4.2 钢材和混凝土的本构关系模型
• 4.2.1 钢材的本构关系模型
• 4.2.2 混凝土的本构关系模型
• 4.3 钢管自应力混凝土受力全过程分析
• 4.4 计算结果及分析
• 4.5 结论
• 第五章 钢管自应力混凝土长柱轴压力学性能
• 5.1 前言
• 5.2 试验概况
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 试件破坏形态
• 5.3.2 荷载—变形曲线
• 5.3.3 长细比对承载力的影响
• 5.3.4 初始自应力对承载力的影响
• 5.4 钢管自应力混凝土长柱计算方法
• 5.4.1 普通钢管混凝土长柱计算方法
• 5.4.2 钢管自应力混凝土长柱计算方法
• 5.5 结论
• 第六章 钢管自应力混凝土柱的长期力学性能
• 6.1 前言
• 6.2 试验概况
• 6.3 试验结果分析
• 6.4 徐变函数的选取
• 6.4.1 长期荷载作用下的变形组成
• 6.4.2 徐变函数的选取
• 6.5 徐变数值计算模型
• 6.5 计算结果及分析
• 6.6 钢管自应力混凝土长期承载力计算方法
• 6.7 结论
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
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