溫度沖擊作用下鋼管混凝土界面特征與性能優(yōu)化.pdf

1、鋼管混凝土是在鋼管內澆筑混凝土且由鋼管和混凝土共同承擔荷載的構件。其優(yōu)異性能依賴于鋼管與混凝土間的復合增強作用，鋼管對核心混凝土的套箍作用提高了混凝土的塑性和延性，增加了鋼管的整體和局部的穩(wěn)定性。然而，鋼材和混凝土的熱工性能差異明顯，這導致在服役環(huán)境下鋼管混凝土界面產生脫粘和脫空現(xiàn)象，影響鋼管混凝土的工作性能與結構安全。本文結合溫度沖擊試驗、有限元數(shù)值分析方法、熱彈性力學理論、非線性擬合理論等，完成了溫度沖擊作用下鋼管混凝土截面溫度場、

2、界面性能與界面優(yōu)化理論等方面的研究工作。研究成果形成了基于核心混凝土膨脹性能精細化設計的鋼管混凝土界面優(yōu)化方法。
　　本研究主要內容包括：⑴開展鋼管混凝土溫度沖擊試驗研究。試件的長徑比、徑厚比、套箍指標、材料強度等重要參數(shù)能夠滿足工程實際中的構造要求，試驗結果能夠較好的反應實際鋼管混凝土構件的服役狀態(tài)。得到了試件截面溫度場分布和變化規(guī)律，結果顯示鋼管和混凝土界面存在溫度差，有限元分析中需考慮鋼管與混凝土界面的接觸熱阻作用?？蛇\用實

3、測溫度場與后期有限元模擬溫度場進行對比，以校驗有限元模型的有效性和精確性。⑵進行鋼管混凝土溫度沖擊和熱力耦合有限元分析研究。建立了有限元分析的試件傳熱模型和力學模型，并探討了鋼管混凝土溫度沖擊和熱力耦合有限元分析理論。數(shù)值計算得到了截面溫度場、界面響應和補償溫度引起的界面間隙所需的混凝土自由膨脹率。對比分析了實驗溫度場和計算結果，結果表明可以利用有限元模型進行鋼管混凝土界面特征的參數(shù)化分析和界面性能優(yōu)化設計。試件截面最大非線性溫差可達1

4、8.2℃，降溫階段鋼管Mises應力和混凝土徑向應力可分別達36.6MPa、-3.39MPa，環(huán)境溫度升高將劣化試件界面性能，適量的膨脹率摻量可緩解界面脫空和提高承載力，超過0.5Nu可使鋼材和混凝土產生的相對變形彌補溫度沖擊實驗中溫度變化引起的界面間隙，超過0.7Nu導致鋼管進入屈服階段且其承載力有所下降。⑶提出了鋼管混凝土界面優(yōu)化設計方法，建立了補償溫度沖擊引起的界面間隙所需的混凝土自由膨脹率公式ε(T1,T2,D,t)。首先，提出