鋼管混凝土界面狀態(tài)試驗(yàn)研究與分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能適應(yīng)現(xiàn)代工程向大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的需要，已成為繼磚石結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)之后的第四種結(jié)構(gòu)。其具有廣闊的發(fā)展前景，成為結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
　　 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼管與混凝土兩種材料復(fù)合而成的組合結(jié)構(gòu)，特殊的材料組合形式，一方面造就了限制并互補(bǔ)的增強(qiáng)作用，另一方面衍生出界面性能的復(fù)雜性。工程實(shí)踐亦證明，在復(fù)雜的外界環(huán)境作用下鋼管混凝土構(gòu)件存在界面脫粘現(xiàn)象，這勢(shì)必影響鋼管混凝土的工作

2、性能與結(jié)構(gòu)安全。因此，研究復(fù)雜外界環(huán)境作用下的鋼管混凝土界面性能及其優(yōu)化方法具有重要的理論研究價(jià)值與工程實(shí)踐意義。
　　 本文綜合運(yùn)用理論分析、試驗(yàn)研究與有限元法，分析了在熱力耦合作用下鋼管混凝土界面狀態(tài)、性能與特征，主要內(nèi)容包括:軸壓荷載作用下界面結(jié)合狀態(tài)的試驗(yàn)研究;界面結(jié)合狀態(tài)的超聲波定性試驗(yàn)研究;界面結(jié)合狀態(tài)的自制應(yīng)力盒定量試驗(yàn)研究;鋼管混凝土膨脹性能及其界面結(jié)合性能優(yōu)化試驗(yàn)研究;自應(yīng)力鋼管混凝土軸壓試驗(yàn)研究、有限元分析及

3、界面表征;鋼管混凝土溫度沖擊試驗(yàn)、熱力耦合試驗(yàn)及有限元對(duì)比分析等工作。主要的研究工作、結(jié)果與結(jié)論如下:
　　 1.開展圓鋼管混凝土構(gòu)件軸壓性能試驗(yàn)研究。確定鋼管混凝土的截面形式、徑厚比(21～42)、長徑比(3)、套箍系數(shù)等為試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)研究了不同軸壓荷載水平作用下，鋼管混凝土界面特征及應(yīng)力狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明:鋼管自密實(shí)微膨脹混凝土具有良好的軸壓承載能力和抗變形能力，在軸壓作用下，可通過測(cè)定應(yīng)變變化，得出鋼管混凝土短柱的受力狀

4、況，可通過進(jìn)一步優(yōu)化界面狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩種材料的最優(yōu)復(fù)合。
　　 2.進(jìn)行了鋼管混凝土界面結(jié)合狀態(tài)的超聲波定性測(cè)試方法研究。自制4組鋼管混凝土試件（分別為密實(shí)基準(zhǔn)試件、脫空試件、脫粘試件、中部空洞試件）和27個(gè)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，分別測(cè)試在2d、3d、5d、7d、11d、14d、21d、28d、60d齡期下鋼管混凝土試件各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、聲速、振幅、頻率、波形等聲學(xué)參數(shù)，以及各齡期下混凝土試塊波速和抗壓強(qiáng)度。依據(jù)聲波傳播理論，測(cè)試分析并提出

5、了鋼管混凝土界面特征超聲波綜合評(píng)判法。
　　 3.完成了界面結(jié)合狀態(tài)的自制應(yīng)力盒定量試驗(yàn)研究工作。通過自制應(yīng)力盒，形成界面應(yīng)力測(cè)試單元。試驗(yàn)研究了在不同膨脹劑摻量下(5％、8％、12％、16％、20％)鋼管混凝土限制膨脹性能和混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下的自由膨脹性能。同時(shí)采用解析法得到了核心混凝土限制膨脹率的合理域;
　　 4.開展了自應(yīng)力鋼管混凝土軸壓性能試驗(yàn)、有限元分析及界面表征。研究不同膨脹劑摻量下(5％、8％、1

6、2％、16％、20％)鋼管混凝土試件的力學(xué)性能及受壓全過程的界面特性。試驗(yàn)與分析結(jié)果表明:自應(yīng)力鋼管混凝土可以使核心混凝土從鋼管混凝土構(gòu)件初凝成型時(shí)即處于三向受壓狀態(tài)，有效確保界面緊密貼合，補(bǔ)償核心混凝土收縮導(dǎo)致的脫空、改善鋼管混凝土的延性、提高其極限承載力和抗變形能力。本次試驗(yàn)中，膨脹劑最佳摻量為12％，極限承載力比理論計(jì)算最大值提高了25％。
　　 5.進(jìn)行了鋼管混凝土溫度沖擊試驗(yàn)、熱力耦合試驗(yàn)及有限元對(duì)比分析。對(duì)5個(gè)鋼管混

7、凝土試件分別在20℃、40℃、60℃、80℃恒溫作用下，進(jìn)行了軸向全過程加載、力熱耦合作用下鋼管混凝土試件截面溫度場(chǎng)分布及鋼管混凝土界面應(yīng)力狀態(tài)等工作。同時(shí)，應(yīng)用熱傳導(dǎo)理論、熱彈性力學(xué)、非線性有限元和虛擬溫度場(chǎng)等方法，研究了軸壓荷載和溫度沖擊作用下鋼管混凝土界面狀態(tài)與應(yīng)力分布。
　　 本文在理論研究的基礎(chǔ)上，以組合結(jié)構(gòu)界面狀態(tài)、定性定量測(cè)試技術(shù)手段、核心混凝土膨脹性能合理域、熱力耦合試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，開展了系列試驗(yàn)研究和有限元