高層連續(xù)性施工對(duì)鋼管混凝土柱性能影響的試驗(yàn)和理論研究.pdf

1、目前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層超高層建筑結(jié)構(gòu)中,這不僅要?dú)w功于其優(yōu)越的力學(xué)性能和抗火抗腐抗震抗沖擊等特性,還得益于其經(jīng)濟(jì)高效的施工模式。空鋼管具有施工模板的作用,避免了普通混凝土結(jié)構(gòu)施工中模板安裝拆卸的相關(guān)工作,同時(shí)還可以做為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)自重,在管內(nèi)混凝土未完全硬化時(shí)能夠支撐下一階段空鋼管架設(shè)和混凝土的澆筑等荷載,從而加快工程進(jìn)度。這樣就使得鋼管承受了比正常情況時(shí)更大的應(yīng)力,混凝土未完全硬化就在早齡期承受荷載,

2、以及混凝土早齡期更顯著的徐變和彈性模量變化,更加大了鋼管提前進(jìn)入屈服的可能,影響鋼管混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性能。而目前規(guī)范中相關(guān)公式與構(gòu)件性能幾乎都基于硬化成熟的鋼管混凝土試件的研究,對(duì)上述問(wèn)題影響的研究將具有重要的工程意義。
　　本文通過(guò)試驗(yàn)、有限元模擬和理論分析對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了研究。并根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證校核了有限元模擬分析的正確性和適應(yīng)性,分析了施工中各參數(shù)的影響。還推導(dǎo)了鋼管混凝土柱齡期強(qiáng)度公式,建立了適用于鋼管混凝土分級(jí)施工的構(gòu)件撓度遞推

3、模型,從而將施工影響等效轉(zhuǎn)化為構(gòu)件初始彎曲問(wèn)題,進(jìn)而利用伯利公式分析施工各因素對(duì)鋼管混凝土柱穩(wěn)定承載力的影響。本文具體內(nèi)容將主要包括以下研究工作:
　　本文試驗(yàn)研究了鋼管混凝土柱齡期強(qiáng)度的發(fā)展,以及分級(jí)加載時(shí)鋼管混凝土柱徐變后的齡期強(qiáng)度。實(shí)際工程中常使用膨脹劑彌補(bǔ)管內(nèi)混凝土的收縮影響,試驗(yàn)還進(jìn)行了膨脹劑體積比不同時(shí)早齡期分級(jí)加載的鋼管混凝土柱的徐變?cè)囼?yàn),并進(jìn)行徐變后的承載力試驗(yàn),分析了膨脹劑體積摻量和加載時(shí)間間隔對(duì)極限強(qiáng)度和徐變變

4、形影響。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有有限元軟件的不足編譯子程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)對(duì)彈性模量和徐變的齡期變化的模擬,建立適用于模擬鋼管混凝土早齡期分級(jí)加載施工的有限元分析模型,包括空鋼管初應(yīng)力、核心混凝土彈性模量齡期變化、以及混凝土的徐變等影響,并與本文試驗(yàn)與相關(guān)學(xué)者研究成果進(jìn)行比較驗(yàn)證模型的正確性。在考慮鋼管混凝土柱長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率等尺寸,和鋼管屈服強(qiáng)度、混凝土標(biāo)號(hào)等材料性能因素變化時(shí),分析施工因素對(duì)鋼管混凝土柱穩(wěn)定承載力的影響,包括施工加載

5、時(shí)間間隔、每級(jí)荷載比例和加載分級(jí)次數(shù)等參數(shù)的變化。
　　本文基于彈性模型,把鋼管混凝土軸壓短柱分解為空鋼管和核心混凝土的軸壓受力與平面應(yīng)變問(wèn)題的疊加,得到考慮混凝土齡期發(fā)展的鋼管混凝土柱極限強(qiáng)度的彈性解析解。并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果將公式推廣到非彈性范圍,還通過(guò)試驗(yàn)和有限元對(duì)公式的正確性和適用性進(jìn)行驗(yàn)證。
　　為了深入研究施工對(duì)鋼管混凝土柱穩(wěn)定性能的影響并得到相應(yīng)的計(jì)算公式,本文還根據(jù)施工的特點(diǎn)建立構(gòu)件中點(diǎn)撓度分析通用模型并推導(dǎo)得到遞

6、推公式?；诔鯊澢鷨?wèn)題的均質(zhì)構(gòu)件基本壓彎微分方程,利用疊加法,建立具有遞推功能并可以考慮鋼管和核心混凝土不同步變化的構(gòu)件撓度的分析模型,推導(dǎo)得到構(gòu)件中點(diǎn)撓度變形的遞推公式。進(jìn)而基于統(tǒng)一理論,分別驗(yàn)證撓度遞推公式對(duì)鋼管混凝土普通構(gòu)件一次性加載、連續(xù)加載問(wèn)題的適用性,并與相關(guān)學(xué)者研究比較驗(yàn)證遞推公式在初應(yīng)力影響的鋼管混凝土穩(wěn)定承載力分析中的適用性。
　　根據(jù)分級(jí)加載施工的特點(diǎn),同時(shí)考慮空鋼管初應(yīng)力、混凝土彈性模量齡期變化以及混凝土的徐

7、變等影響,利用撓度遞推公式得到考慮分級(jí)加載的鋼管混凝土軸壓柱中點(diǎn)撓度的計(jì)算公式,把施工對(duì)鋼管混凝土特性影響轉(zhuǎn)化為對(duì)構(gòu)件初始彎曲的影響,進(jìn)而利用伯利公式得到考慮施工影響的鋼管混凝土承載力穩(wěn)定計(jì)算公式。并與普通鋼管混凝土穩(wěn)定承載力比較,得到施工影響系數(shù),與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比較以驗(yàn)證公式的正確性。還在此基礎(chǔ)上分析各因素變化時(shí)施工影響系數(shù)的規(guī)律,為工程實(shí)際提供參考。
　　本文最后還通過(guò)有限元分析考慮施工影響的鋼管混凝土小偏心受壓構(gòu)件的力