【摘要】：鋼管混凝土結(jié)構以其良好的力學性能和經(jīng)濟性,在國內(nèi)外得到了廣泛的應用。近年來,隨著其應用領域的不斷拓寬,鋼管混凝土本身的主動耗能愈發(fā)重要。為了提高鋼管混凝土的主動耗能能力,將耗能性能優(yōu)越的橡膠混凝土灌入到波紋鋼管中形成一種新型的鋼管混凝土結(jié)構形式,即波紋鋼管混凝土。這樣既提高了結(jié)構的主動耗能能力;同時波紋鋼管能夠?qū)嗳氲南鹉z混凝土提供足夠的約束作用,有效地彌補橡膠混凝土抗壓承載力低的劣勢。本文對波紋鋼管混凝土軸壓短柱的力學性能進行了試驗研究和有限元數(shù)值模擬分析,主要工作和成果如下:(1)完成了 15個軸心受壓短柱的試驗,包括5個圓鋼管、7個環(huán)向波紋鋼管、3個螺旋波紋鋼管約束的普通混凝土和橡膠混凝土試件。試驗中觀察并記錄了試驗現(xiàn)象,分析了鋼管結(jié)構形式、承載方式、徑厚比以及橡膠顆粒摻量對其軸壓力學性能的影響。分析表明,環(huán)向波紋鋼管對核心混凝土的約束效果最佳;徑厚比(D/t)是影響試件性能的重要指標;橡膠顆粒的摻入能使試件具有良好的延性性能。(2)根據(jù)試驗過程中獲取的逐級荷載作用下試件的橫向變形、外鋼管表面的環(huán)向應變與縱向應應變數(shù)據(jù),對圓鋼管、環(huán)向波紋鋼管以及螺旋波紋鋼管試件進行彈塑性分析,得出了波紋鋼管表面應力變化的趨勢以及試件內(nèi)力分配規(guī)律,分析了圓鋼管混凝土、環(huán)向波紋鋼管混凝土、螺旋波紋鋼管混凝土軸壓作用下的工作機理。(3)對已有關于鋼管混凝土以及FRP約束混凝土的本構關系進行梳理和分析,結(jié)合試驗數(shù)據(jù),針對圓鋼管與環(huán)向波紋鋼管約束形式采用不同的本構關系,利用有限元軟件ABAQUS進行非線性分析,并采用對橡膠混凝土關鍵參數(shù)的定義模擬橡膠混凝土試件的軸壓力學性能。將有限元計算獲取的鋼管表面應力、荷載-縱向應變曲線與試驗數(shù)據(jù)進行對比,兩者吻合度良好,表明本文采用的本構關系與分析方法可以用于試件的軸心受壓研究中。(4)將試驗結(jié)果與幾個具有代表性的規(guī)范計算結(jié)果進行對比分析,基于“承載力疊加原理”,提出了針對不同鋼管結(jié)構形式下,試件極限承載力的計算方法。
【圖文】：

大量試驗研宄成果表明，，由于廢舊輪胎橡膠骨料的摻入，提高了混凝土以及耗能性能，但是不可避免地降低了混凝土自身的抗壓強度和彈性模量，所以橡逡逑膠混凝土在實際應用中存在一定的局限性。為應對橡膠混凝土的局限性，將橡膠混逡逑凝土填入到鋼管中形成鋼管混凝土結(jié)構，鋼管約束了混凝土，使其處于三向受壓狀逡逑態(tài)，提高橡膠混凝土的抗壓強度，而混凝土可以延緩或避免薄壁鋼管過早地發(fā)生局逡逑部屈曲，兩種材料相互彌補了彼此的弱點，充分發(fā)揮了各自長處，使鋼管混凝土具逡逑有較高的極限承載力、幵性和抗沖擊性能，并且制作和施工方便。然而鋼管混凝土逡逑也存在脫粘、收縮、徐變等問題。因此將波紋鋼管引入到鋼管混凝土柱中，利用波逡逑紋鋼內(nèi)外凹凸的波紋形式，與填入的混凝土進行機械咬合；其獨特的波紋形式對抗逡逑車輛撞擊與地震耗能具有一定的積極作用。逡逑鑒于以上背景，可見對在波紋管中灌入混凝土（普通混凝土、橡膠混凝土）進逡逑行進一步研宄，不僅對廢舊輪胎橡膠的處理提供了一個科學綠色的途徑，更可能是逡逑對傳統(tǒng)鋼管混凝土結(jié)構局限性的重大改良，具有生態(tài)環(huán)境保護及提高我國橋梁結(jié)構逡逑耐久性的重要研究意義。逡逑

邐北京交通大學碩士學位論文邐逡逑式的鍍鋅金屬管道結(jié)構物，解決了傳統(tǒng)管道生產(chǎn)效率低、污染嚴重、易腐蝕、焊接逡逑質(zhì)量要求高等缺陷。按照現(xiàn)有的工廠制造水平，直徑為０．３ｗ？２．５Ｗ之間的環(huán)向波紋逡逑鋼管可一次制作成型；直徑為０．３ｍ￣３．６ｗ之間的螺旋波紋鋼管是通過冷彎成型、螺逡逑旋卷曲、咬口連接（ｌｏｃｋ－ｓｅａｍ）等技術形成的一種低污染、高效的新型材料。目前逡逑波紋鋼被廣泛的應用于公路橋涵、高速公路護欄、舊基礎設施加固、新能源和軍事逡逑等領域，波紋鋼管約束混凝土墩柱在際工程中早已經(jīng)應用，１－５。逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U441

【參考文獻】

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本文編號：2672269