鋼管混凝土界面狀態(tài)試驗研究與分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能適應現(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)工程科學的一個重要發(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的增強作用，另一方面衍生出界面性能的復雜性。工程實踐亦證明，在復雜的外界環(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值與工程實踐意義。
　　 本文綜合運用理論分析、試驗研究與有限元法，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)的試驗研究;界面結(jié)合狀態(tài)的超聲波定性試驗研究;界面結(jié)合狀態(tài)的自制應力盒定量試驗研究;鋼管混凝土膨脹性能及其界面結(jié)合性能優(yōu)化試驗研究;自應力鋼管混凝土軸壓試驗研究、有限元分析及

3、界面表征;鋼管混凝土溫度沖擊試驗、熱力耦合試驗及有限元對比分析等工作。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)等為試驗參數(shù)，試驗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力狀態(tài)。試驗結(jié)果表明:鋼管自密實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，可通過測定應變變化，得出鋼管混凝土短柱的受力狀

4、況，可通過進一步優(yōu)化界面狀態(tài)，實現(xiàn)兩種材料的最優(yōu)復合。
　　 2.進行了鋼管混凝土界面結(jié)合狀態(tài)的超聲波定性測試方法研究。自制4組鋼管混凝土試件（分別為密實基準試件、脫空試件、脫粘試件、中部空洞試件）和27個混凝土標準試塊，分別測試在2d、3d、5d、7d、11d、14d、21d、28d、60d齡期下鋼管混凝土試件各測點的聲時、聲速、振幅、頻率、波形等聲學參數(shù)，以及各齡期下混凝土試塊波速和抗壓強度。依據(jù)聲波傳播理論，測試分析并提出

5、了鋼管混凝土界面特征超聲波綜合評判法。
　　 3.完成了界面結(jié)合狀態(tài)的自制應力盒定量試驗研究工作。通過自制應力盒，形成界面應力測試單元。試驗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準養(yǎng)護狀態(tài)下的自由膨脹性能。同時采用解析法得到了核心混凝土限制膨脹率的合理域;
　　 4.開展了自應力鋼管混凝土軸壓性能試驗、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性能及受壓全過程的界面特性。試驗與分析結(jié)果表明:自應力鋼管混凝土可以使核心混凝土從鋼管混凝土構(gòu)件初凝成型時即處于三向受壓狀態(tài)，有效確保界面緊密貼合，補償核心混凝土收縮導致的脫空、改善鋼管混凝土的延性、提高其極限承載力和抗變形能力。本次試驗中，膨脹劑最佳摻量為12％，極限承載力比理論計算最大值提高了25％。
　　 5.進行了鋼管混凝土溫度沖擊試驗、熱力耦合試驗及有限元對比分析。對5個鋼管混

7、凝土試件分別在20℃、40℃、60℃、80℃恒溫作用下，進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分布及鋼管混凝土界面應力狀態(tài)等工作。同時，應用熱傳導理論、熱彈性力學、非線性有限元和虛擬溫度場等方法，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)與應力分布。
　　 本文在理論研究的基礎上，以組合結(jié)構(gòu)界面狀態(tài)、定性定量測試技術(shù)手段、核心混凝土膨脹性能合理域、熱力耦合試驗方法設計為重點，開展了系列試驗研究和有限元