【摘要】：再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)能有效減少建筑垃圾對環(huán)境的污染,社會和經(jīng)濟效益深遠,其推廣和應(yīng)用勢在必行。為了滿足再生混凝土的結(jié)構(gòu)性應(yīng)用需求,本研究中將再生混凝土澆筑在鋼管內(nèi)形成了鋼管再生混凝土柱(Recycled Aggregate Concrete filled Steel Tubular Column,RACSTC)這種組合構(gòu)件。鋼管能改善再生混凝土的受力性能提高其承載力,而核心再生混凝土能防止鋼管過早屈曲,當二者構(gòu)成鋼管再生混凝土柱時,彌補了再生混凝土和鋼管力學(xué)性能的缺陷,實現(xiàn)了 1+12的雙贏效果。這種組合柱不僅具有高延性、高承載力,而且具有優(yōu)秀的工作性能,同時也擴大了再生混凝土的應(yīng)用范圍,實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。目前對鋼管再生混凝土的研究主要集中在軸壓方面,而對抗震性能和損傷機理的研究較少;另外,由于需要對地震作用下的鋼管組合柱進行變形測量和評估,以及監(jiān)測其應(yīng)力應(yīng)變曲線,而應(yīng)變片和傳感器難以預(yù)置于鋼管變形區(qū)域的關(guān)鍵點,導(dǎo)致應(yīng)變峰值的精確值只能依靠插值法估算,無法通過應(yīng)變片直接采集有關(guān)數(shù)據(jù)。基于這種背景,本文引入了機器視覺方法來測量震損結(jié)構(gòu)的三維變形和破壞信息。本文通過對17根試件的試驗和對27根試件的有限元模擬,研究了軸壓比、長細比、鋼管壁厚、鋼管強度和再生混凝土強度等重要參數(shù)對鋼管再生混凝土的抗震性能的影響;同時,提出用無接觸的視覺方法實現(xiàn)全場變形和應(yīng)變的測量,并與應(yīng)變片和傳感器數(shù)據(jù)進行對比驗證其有效性和精確度。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:為了分析構(gòu)件破壞形態(tài)特點,實時精確測量試件變形,本文提出了基于機器視覺的測量方法,闡述了視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和三維變形測量原理,利用這種新型測量技術(shù)完整地采集了試件在低周反復(fù)荷載作用下的全場三維變形和應(yīng)變數(shù)據(jù),并且實現(xiàn)了三維變形的全自動測量。通過對大尺寸鋼管再生混凝土柱進行了低周反復(fù)加載試驗,研究了軸壓比、鋼管強度、再生混凝土強度等各因素對其抗震性能的影響;為了進一步探索長細比對結(jié)構(gòu)的抗震性能影響,構(gòu)建了有限元模型并與試驗結(jié)果進行驗證,吻合度較好;在大量有限元計算分析的基礎(chǔ)上,提出了簡化的恢復(fù)力計算模型,其與試驗曲線驗證較好。通過試驗與模擬數(shù)據(jù)對比、變形的視覺測量及分析,定量描述了圓鋼管再生混凝土柱的承載能力、耗能能力、剛度及退化能力、全場三維變形及破壞形態(tài)等抗震性能。提出了無標記單目視覺靜態(tài)測量試件變形的方法、無標記雙目視覺動態(tài)跟蹤測量試件全場三維變形的方法。用單目視覺和激光測距儀構(gòu)建了測量系統(tǒng),測量試件損傷后的變形,提出了改進的霍夫變換算法,計算變形目標的邊緣信息、最大鼓曲變形數(shù)據(jù)及其相關(guān)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了雙目視覺系統(tǒng)動態(tài)跟蹤測量全場三維變形,提出了改進的非線性最小二乘法并對三維點云數(shù)據(jù)進行圓擬合,通過三維反求變形曲面變形和應(yīng)變。與接觸式測量值相比,雙目視覺靜態(tài)和動態(tài)測量最大鼓曲直徑相對誤差均值分別為0.19%和0.33%,雙目視覺動態(tài)跟蹤測量全場應(yīng)變的相對誤差均值均小于0.50%。為了獲得大視場的全場三維變形數(shù)據(jù),采用兩組雙目視覺進行測量。開發(fā)了用雙目視覺和多目視覺從靜態(tài)和動態(tài)自動采集鋼管混凝土柱的全場三維變形數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)。對15根大尺寸的圓鋼管再生混凝土柱和2根圓鋼管混凝土對比柱進行了低周反復(fù)加載的抗震試驗,研究了軸壓比(0.2、0.4和0.6)、鋼管壁厚(6 mm和8 mm)、鋼管強度(Q235和Q345)和再生混凝土強度(C40和C50)對鋼管再生混凝土抗震性能的影響。得到了滯回曲線、骨架曲線、延性系數(shù)、耗能能力、剛度退化和等效粘滯系數(shù)等曲線,分析了鋼管混凝土柱的受力特征和抗震特性,試驗結(jié)果表明,滯回曲線飽滿且均沒有明顯的“捏縮”現(xiàn)象,表明鋼管再生混凝土同鋼管普通混凝土一樣具有良好的滯回性能。再生混凝土對試件的初始剛度、變形能力、延性和耗能性能影響較小。在相同的軸壓比下,套箍系數(shù)提高,延性增大,耗能能力提高,核心再生混凝土強度低的試件的彈性剛度更好,延性系數(shù)較低,極限位移轉(zhuǎn)角較大,屈服位移轉(zhuǎn)角較小,骨架曲線下降段更平緩,各級位移循環(huán)的耗能較小。在相同的核心再生混凝土強度下,隨著軸壓比的增大,試件的延性系數(shù)降低,會降低延性,鋼管強度對延性影響不大屈服位移轉(zhuǎn)角和極限位移轉(zhuǎn)角均降低,總耗能變小。套箍系數(shù)和材料相同時,軸壓比提高,滯回曲線的飽滿程度降低,耗能能力降低,側(cè)向剛度增大、延性降低,峰值荷載過后,承載能力降低幅度大。當套箍系數(shù)接近時,鋼管強度高的試件有較好的耗能能力。鋼管強度對延性影響不大,再生混凝土對試件的初始剛度、變形能力、延性和耗能性能影響較小。采用有限元數(shù)值模擬方法研究了鋼管再生混凝土柱的恢復(fù)力特性,研究了長細比、鋼管厚度和軸壓比對鋼管再生混凝土柱抗震性能的影響。提出了三折線型骨架曲線的恢復(fù)力改進模型。以27根鋼管再生混凝土柱為例,用改進模型進行了模擬,數(shù)值模擬與試驗結(jié)果吻合較好,驗證了模型和方法的有效性。通過試驗、有限元分析和全場受力變形視覺跟蹤測量的定量數(shù)據(jù)分析與研究,結(jié)果表明,與鋼管普通混凝土柱相比,鋼管再生混凝土柱具有良好的抗震性能和變形能力,將再生混凝土應(yīng)用于抗震地區(qū)的承重結(jié)構(gòu)中是可行的。視覺方法可克服少數(shù)采樣點不準的缺點,滿足測量精度要求,雙目視覺方法可直觀地反映構(gòu)件的三維變形過程、獲得三維變形曲面的參數(shù)和測量全場應(yīng)變值,測量精度符合工程要求,在表面變形和應(yīng)變測量方面可取代應(yīng)變片等傳統(tǒng)接觸式測量方法。
【圖文】：

圖１－１邋ＤＩＣ系統(tǒng)逡逑

逑以及有無焊縫等。為了研究不同參數(shù)對鋼管再生混凝土柱抗震性能和變形性能的影逡逑響大小，需要進行參數(shù)研究。參數(shù)研究過程如圖２－１所示。逡逑？建立理論模型逡逑—邐邐邐逡逑？設(shè)計試驗驗證逡逑？實際計算模型逡逑邐丨逡逑．零’逡逑圖２－１研究過程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｃｈａｒｔ逡逑實際上，鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)工作的關(guān)鍵與本質(zhì)在于鋼管跟核心再生混凝土的逡逑相互作用和互補效應(yīng)，，這種互補互助的作用使得鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的力逡逑學(xué)和抗震性能，但由于其材料的非線性和力學(xué)性能的復(fù)雜性，如何真正了解和發(fā)現(xiàn)逡逑其相關(guān)作用對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，成為亟待解決的鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)理論研宄逡逑的熱點和難點課題。迄今，學(xué)術(shù)界用約束效應(yīng)系數(shù)０邐來衡量鋼管和再生逡逑混凝土相互作用的基本參數(shù)，其中和小分別是鋼管與核心再生混凝土的橫截面面逡逑積，／ａ和／ｅ分別是鋼管和再生混凝土的屈服強度［１５３］。約束效應(yīng)系數(shù)對結(jié)構(gòu)性能的影逡逑響主要體現(xiàn)為：隨著０值增大
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU398.9;TU352.11

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃宏;孫微;陳夢成;郭曉宇;;方鋼管再生混凝土軸壓短柱力學(xué)性能試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2015年S1期

2 牛海成;曹萬林;董宏英;周中一;;鋼管高強再生混凝土柱軸壓性能試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2015年06期

3 許薛軍;張肖寧;;基于雙目視覺的公路邊坡表面位移識別方法[J];中國公路學(xué)報;2015年04期

4 梁巖;羅小勇;陳代海;;銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件基于地震損傷的恢復(fù)力模型研究[J];振動與沖擊;2015年05期

5 張向?qū)?陳宗平;薛建陽;蘇益聲;;鋼管再生混凝土柱抗震性能試驗研究[J];土木工程學(xué)報;2014年09期

6 曹萬林;張勇波;董宏英;周中一;;再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究進展與評述[J];地震工程與工程振動;2013年06期

7 肖建莊;許向東;范玉輝;;再生混凝土收縮徐變試驗及徐變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測[J];建筑材料學(xué)報;2013年05期

8 應(yīng)敬偉;肖建莊;;模型再生混凝土氯離子非線性擴散細觀仿真[J];建筑材料學(xué)報;2013年05期

9 薄景山;李孝波;孫有為;齊文浩;李平;門妮;;中國大地震烈度異常研究[J];世界地震工程;2013年03期

10 柯曉軍;陳宗平;薛建陽;蘇益聲;;方鋼管再生混凝土短柱軸壓承載性能試驗研究[J];工程力學(xué);2013年08期

相關(guān)會議論文 前1條

1 唐昀超;李麗娟;劉鋒;馮文賢;梁星河;司徒偉明;;基于單目視覺的三維測量系統(tǒng)及在鋼管組件變形檢測的應(yīng)用[A];第26屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ冊）[C];2017年

本文編號：2619952