發(fā)布時(shí)間：2020-06-30 01:01

【摘要】：隨著建筑向高層和超高層、大跨方向發(fā)展,對(duì)建筑物的主要承重骨架——柱子的性能要求越來越高。鋼管混凝土柱因?yàn)槌休d力高、抗震性能好及施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn),其在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越多。有關(guān)鋼管混凝土柱的性能、應(yīng)用理論等方面的研究越來越迫切。本文從工程應(yīng)用需要,以陶粒為原材料,配置出SCLC50高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土,并以該混凝土為鋼管混凝土柱的核心混凝土填充料,研制高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱,研究鋼管混凝土柱軸心受壓承載力,并提供相應(yīng)的計(jì)算方法。選擇柱套箍系數(shù)、長細(xì)比、含鋼率為變量參數(shù),采用理論分析、試驗(yàn)研究和有限元仿真分析相互認(rèn)證方法,分析研究自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱軸壓承載力,對(duì)比自密實(shí)普通鋼管混凝土柱的受壓性能,為自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱的使用提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。文章結(jié)合課題需要,開展自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土軸心受壓柱承載力的分析研究,主要內(nèi)容如下:1.高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土(SCLC50)的配合比設(shè)計(jì)。優(yōu)選基本力學(xué)性能和工藝相對(duì)簡化的900級(jí)圓球型免燒結(jié)粉煤灰陶粒為骨料,依據(jù)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T283-2012),考慮拌合物的水灰比、陶粒的體積摻量及粉煤灰的體積摻量等參數(shù),設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為SCLC50自密實(shí)輕骨料混凝土配合比,通過試驗(yàn)比較SCLC50的工作性能及試塊的強(qiáng)度、表觀密度,確定各參數(shù)對(duì)配合比的影響權(quán)重,優(yōu)化該自密實(shí)輕骨料混凝土的配合比,由此得到:(1)水膠比是影響SCLC50強(qiáng)度的主要因素,當(dāng)水膠比為為0.30時(shí),混凝土強(qiáng)度為60.8MPa,達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。(2)陶粒體積摻量的增加,可以顯著改善混凝土的表觀密度,其值為0.38m~3,SCLC50的表觀密度為1850kg/m~3時(shí),比強(qiáng)度最高。(3)活性摻合料粉煤灰,顆粒呈球狀,表面光滑,可以顯著改善混凝土的工作性能,當(dāng)其摻量為膠凝材料總量的20%時(shí),SCLC50工作性能較好。2.高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱受壓性能試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)10根自密實(shí)鋼管混凝土柱,通過改變鋼管的長度、壁厚、及混凝土種類等參數(shù),以研究長細(xì)比、含鋼率、套箍系數(shù)對(duì)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱的受壓力學(xué)性能及破壞形態(tài)的影響,同時(shí)觀測(cè)柱受壓承載力,并得出以下結(jié)論:(1)在核心混凝土的強(qiáng)度等級(jí)分別為SCLC50及C50的前提下,將自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱與自密實(shí)普通鋼管混凝土柱比較,兩者的受壓破壞形態(tài)基本相似:即構(gòu)件的長細(xì)比為20時(shí),多以材料強(qiáng)度破壞或剪切為主,長細(xì)比(λ=25)較大時(shí),彎曲失穩(wěn)破壞較明顯。構(gòu)件破壞時(shí),自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱皺褶較多,變形性能表現(xiàn)較好,但其承載力小于自密實(shí)普通鋼管混凝土柱。(2)在所有的研究參數(shù)中,對(duì)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱的承載力及變形性能影響最顯著的是核心混凝土強(qiáng)度大小,即隨著混凝土強(qiáng)度的增加,其承載力最大增加了35.1%。3.高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱受壓性能理論研究�；�于鋼管混凝土柱的極限承載力的極限平衡理論和統(tǒng)一強(qiáng)度理論,分析推導(dǎo)自密實(shí)鋼管混凝土中長柱承載力,并將理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值比較,并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,提出承載力計(jì)算公式。4.高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱受壓承載力的仿真分析。在擬靜力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用ABAQUS軟件對(duì)試件進(jìn)行非線性有限元數(shù)值模擬分析,結(jié)果表明:(1)在極限荷載作用下,均呈現(xiàn)材料強(qiáng)度破壞,所有柱的受壓變形呈“燈籠狀”,最大壓縮變形發(fā)生在柱中部。隨著鋼管壁厚增加,柱縱向最大壓縮變形逐漸增大,最多可增大21.4%;而隨著柱長細(xì)比的增加,柱的縱向最大壓縮變形逐漸減小,最多可減小45.9%。(2)自密實(shí)輕骨料鋼管混凝土柱在極限荷載狀態(tài)下的縱向壓應(yīng)力,其值隨鋼管壁厚的增大而增大,最大可提高15.7%;而隨著長細(xì)比的增大逐漸減小,最小降低9.11%。(3)實(shí)測(cè)和有限元分析結(jié)果都顯示:鋼管柱的核心混凝土強(qiáng)度對(duì)其承載力的影響較大,鋼管壁厚、鋼管長度對(duì)柱承載力的影響較小,主要原因是核心混凝土的強(qiáng)度導(dǎo)致柱的套箍系數(shù)變化,影響鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用,從而直接影響柱的承載力。
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU398.9
【圖文】：

如圖2-1(a)所示，其粒徑大小為 3-16mm 連續(xù)級(jí)配，以實(shí)現(xiàn)良好的流動(dòng)性及避免因陶粒粒徑原因而產(chǎn)生新拌混凝土的穩(wěn)定性問題(離析)，并按照《輕骨料及其試驗(yàn)方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)進(jìn)行陶粒的篩析試驗(yàn)及物理性能試驗(yàn)，以確保 SCLC50 高強(qiáng)自密實(shí)輕骨料混凝土的力學(xué)性能及耐久性；同時(shí)選取相同顆粒級(jí)配的普通碎石作為C50 自密實(shí)普通混凝土的粗集料，如圖 2-1(b)所示。(a)粉煤灰陶粒 (b)普通碎石圖 2-1 粗集料Fig. 2-1 Coarse aggregate1)顆粒級(jí)配按照規(guī)范《輕骨料及其試驗(yàn)方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)中的輕骨料顆粒級(jí)配試驗(yàn)方法及試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)方法如圖 2-2，試驗(yàn)結(jié)果見表 2-1。(a) (b)圖 2-2 陶粒的篩析試驗(yàn) 圖 2-3 陶粒的堆積密度試驗(yàn)Fig. 2-2 Screening test of ceramsite Fig.2-3Test of Ceramic Grain Deposition Density

輕骨料混凝土的力學(xué)性能及耐久性；同時(shí)選取相同顆粒級(jí)配的普通碎密實(shí)普通混凝土的粗集料，如圖 2-1(b)所示。(a)粉煤灰陶粒 (b)普通碎石圖 2-1 粗集料Fig. 2-1 Coarse aggregate)顆粒級(jí)配照規(guī)范《輕骨料及其試驗(yàn)方法第 2 部分》(GB/T 17431.2-2010)中的輕骨驗(yàn)方法及試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)方法如圖 2-2，試驗(yàn)結(jié)果見表 2-1。

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