鋼管混凝土能夠滿足現(xiàn)代結構向大跨、高聳、重載方向發(fā)展的趨勢及承受惡劣環(huán)境的需求,在高層、超高層建筑、大跨橋梁以及多種構筑物中得到了廣泛應用。隨著建筑高度、橋梁跨度的增加以及結構形式的多樣化,鋼管混凝土構件的截面尺寸不斷增大,其尺寸效應問題也突顯出來。大尺寸鋼管混凝土在高層、超高層建筑及大跨橋梁中常被用作主要承重構件,其軸壓尺寸效應問題不容忽視。相比于素混凝土,鋼管混凝土由于受約束效應影響,其尺寸效應規(guī)律更為復雜。然而,目前關于鋼管混凝土尺寸效應的研究相對較少,且相關研究尚不能反映約束對混凝土尺寸效應的影響。因此,本文對圓鋼管混凝土軸壓構件的尺寸效應進行了深入研究。具體內容包括:(1)進行了15個不同直徑素混凝土試件的軸壓力學性能試驗,從試驗角度分析了素混凝土軸壓短柱破壞模式、截面彈性模量、峰值應力及峰值應變的尺寸效應規(guī)律;基于現(xiàn)有文獻關于素混凝土峰值應力的統(tǒng)計數(shù)據(jù),對典型尺寸效應公式的預測精度進行了對比分析,確定了素混凝土峰值應力的尺寸效應規(guī)律;通過分析標準試件與大尺寸試件中峰值應力與峰值應變的對應關系,提出了素混凝土峰值應變尺寸效應計算公式;結合素混凝土峰值應力與峰值應變的尺寸效應規(guī)律,建立了考慮尺寸效應影響的混凝土軸壓本構模型;基于混凝土軸壓峰值應力尺寸效應公式,分析了尺寸效應對結構可靠度指標的影響。(2)進行了36個不同直徑圓鋼管混凝土試件的軸壓試驗,分析了不同約束水平下圓鋼管混凝土軸壓短柱破壞模式、截面彈性模量、峰值應力、峰值應變及延性系數(shù)的尺寸效應規(guī)律;將試驗結果與鋼管混凝土軸壓承載力規(guī)范計算公式進行對比,分析了尺寸效應對相關計算公式預測精度的影響,提出了鋼管內核心混凝土峰值應力尺寸效應系數(shù)表達式,對EC4規(guī)范承載力公式進行了修正;基于考慮尺寸效應影響的鋼管混凝土承載力公式,分別對實驗室及工程中鋼管混凝土軸壓承載力的尺寸效應進行了分析。(3)進行了主動約束混凝土統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)有理論公式的對比分析,確定了可靠的主動約束混凝土模型;通過對比主動約束混凝土與被動約束混凝土應力-應變曲線,分析了約束力施加路徑對被動約束混凝土縱向應變及縱向應力的影響,進而建立了被動約束混凝土分析模型,該模型既適用于約束力線性變化的FRP約束混凝土,也適用于約束力非線性變化的鋼管內核心混凝土;結合約束混凝土分析模型及鋼管雙向本構方程,在滿足鋼管與混凝土之間變形協(xié)調及應力平衡的前提下,建立了圓鋼管混凝土軸壓分析模型;以素混凝土尺寸效應為基礎,通過分析主動約束力對尺寸效應的抑制作用,確定了主動約束混凝土尺寸效應模型;將主動約束混凝土尺寸效應引入鋼管混凝土分析模型,得到了考慮尺寸效應影響的鋼管混凝土分析模型。通過與鋼管混凝土試驗結果進行對比,驗證了所提尺寸效應分析模型的有效性。(4)基于圓鋼管混凝土軸壓構件尺寸效應分析模型,對不同約束水平下鋼管及核心混凝土的尺寸效應規(guī)律進行了參數(shù)分析,進而提出了考慮尺寸效應影響的核心混凝土縱向應力-應變曲線及鋼管混凝土縱向應力-應變曲線;通過對比鋼管與混凝土橫向變形系數(shù)的發(fā)展規(guī)律,研究了混凝土徑向收縮對約束產生時縱向應變的影響,進而分析了混凝土收縮對不同尺寸鋼管混凝土試件軸壓承載力的影響。研究表明,核心混凝土峰值應力及峰值應變受尺寸效應影響顯著;對于套箍系數(shù)0???1.0鋼管混凝土,當直徑由150mm增加到2000mm時,其峰值應力尺寸效應介于6.5%?26.7%之間,峰值應變尺寸效應介于7.5%?39.3%之間;核心混凝土的徑向收縮會延緩鋼管對混凝土的約束作用,然而在自生收縮范圍內(小于150??),核心混凝土徑向收縮對標準鋼管混凝土試件及直徑為1500mm的鋼管混凝土試件軸壓承載力的影響分別為2%、3%。因此,混凝土徑向自生收縮對不同尺寸鋼管混凝土試件承載力的影響可忽略不計。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU973
【部分圖文】：

內填鋼筋或型鋼的鋼管混凝土Fig.1-2Steeltubefilledwithreinforcedconcreteorsteel-encasedconcrete

鋼管混凝土與鋼管約束混凝土

巨型鋼管混凝土在高聳建筑中的應用Fig.1-4ApplicationofgiantCFSTinhigh-risebuildings
【參考文獻】

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本文編號：2888573