圆不锈钢管海砂混凝土柱的单向偏压力学性能研究

摘要

工程建设中，混凝土细骨料消耗量巨大，目前国内大都采用河砂充当混凝土的细骨料，随着建设量的增加，这必然会导致河砂资源的短缺，特别是在沿海地区，河砂资源本身就相当匮乏，而其海砂资源又非常丰富，但原状海砂中含有较高的氯离子，这是限制其应用的主要原因。不锈钢具有很好的耐腐蚀性，加之其还具有延性好和外表美观等优点，本文将以上两种材料组合成了圆不锈钢管海砂混凝土组合柱，并对其单向偏压力学性能进行了相关研究，主要内容如下：
　　(1)进行了42根圆不锈钢管混凝土试件的单向偏压试验，主要参变量为：a)核心混凝土类型；b)加载偏心率；c)试件长细比；d)混凝土强度等级，并对试验结果进行了详细的参数分析，包括试件的破坏模态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、试件在各级荷载作用下的侧向挠度曲线、试件跨中截面在各级荷载作用下的纵向应变分布情况、试件的极限承载力以及试件的延性。试验结果表明，与同条件下的圆不锈钢管普通混凝土相比，圆不锈钢管原状海砂混凝土的极限承载力表现出降低的趋势，延性表现出增大的趋势；而圆不锈钢管淡化海砂混凝土的极限承载力大都表现出增大的趋势，延性大都表现出降低的趋势。试件的极限承载力随着加载偏心率和试件长细比的增大而减小，随着混凝土强度等级的提高而增大。试件的延性随着加载偏心率的增大而增大，随着试件长细比和混凝土强度等级的增大而减小。
　　(2)采用国家标准《钢管混凝土结构技术规范》和福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》分别计算了试件的极限承载力，并与试验结果进行了比较分析。计算结果表明，以上两本标准都可用于圆不锈钢管混凝土单向偏压构件的设计，其中《钢管混凝土结构技术规范》的吻合性更好，《钢管混凝土结构技术规程》相对来说略偏保守。
　　(3)利用有限元对圆不锈钢管混凝土进行了数值模拟分析，验证了现有圆不锈钢管普通混凝土模型的适用性，并对试件的极限承载力进行了参数的补充分析，包括试件含钢率、试件长细比、加载偏心率以及核心混凝土强度。分析结果表明，对于圆不锈钢管原状海砂混凝土和圆不锈钢管淡化海砂混凝土来说，现有圆不锈钢管普通混凝土的有限元模型同样适用。试件的极限承载力与试件含钢率和混凝土强度成正相关，与加载偏心率和试件长细比呈负相关。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.1.1 课题研究的背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 国内外不锈钢管海砂混凝土及有关课题的研究现状

1.2.1 海砂混凝土的研究现状

1.2.2 钢管混凝土偏压柱的研究现状

1.2.3 不锈钢管混凝土的研究现状

1.3 本文的主要内容

2 圆不锈钢管海砂混凝土单向偏压柱的力学性能试验研究

2.1引言

2.2 试验概况

2.2.1 试件的设计

2.2.2 氯离子含量试验

2.2.3 材性试验

2.2.4 试件的制作

2.2.5 试验装置和量测内容

2.2.6 试验的加载制度

2.3 试验结果与分析

2.3.1 破坏形态

2.3.2 荷载(N)-轴向位移(△)曲线

2.3.3 荷载(N)-跨中挠度(um)曲线

2.3.4 荷载(N)-应变(ε)曲线

2.3.5 侧向挠度曲线

2.3.6 纵向应变分布

2.3.7 极限承载力(Nue)

2.3.8 延性系数(μ)

2.4 规范比较

2.4.1 钢管混凝土结构技术规范(GB50936-2014)

2.4.2 钢管混凝土结构技术规程(DBJ/T13-51-2010)

2.4.3 计算结果对比

2.5 本章小结

3 圆不锈钢管海砂混凝土单向偏压柱的有限元分析

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立

3.2.1 部件的创建

3.2.2 材料的本构

3.2.3 部件的装配

3.2.4 接触的建立

3.2.5 边界条件

3.2.6 网格的划分

3.3 有限元模型的验证

3.4 不锈钢管海砂混凝土的有关参数分析

3.4.2 长细比(λ0)的影响

3.4.3 偏心率(e)的影响

3.4.4 混凝土强度(fcu)的影响

3.5 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢