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圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱长期性能研究

曲连宇  
【摘要】:钢管约束钢筋混凝土(TRC)构件作为一种新型组合构件,凭借其承载力高、抗震性能好等特点已广泛应用于超高层和大跨度空间结构的下部支撑结构。长期变形会加剧竖向构件的变形,由于竖向构件的变形差异和差异的逐渐累积,会引起水平构件的附加应力,甚至会导致建筑倾斜和影响正常使用功能。由于该类构件中的核心混凝土处于三轴应力状态,且存在徐变泊松比效应;钢筋与核心混凝土之间存在应力重分布现象;钢管不承受纵向荷载,约束应力存在经时性,使得钢管约束钢筋混凝土长期性能相对比较特殊。因此,本文对圆钢管约束(钢筋)混凝土轴压短柱构件的长期性能进行试验及理论研究,具体内容包括:(1)进行了三种测量方案的持荷试验和对比分析,测量在三种密封情况下的收缩变形,确定了成熟的钢管约束(钢筋)混凝土长期性能试验方法,采用在混凝土中预埋螺栓,焊接测量支架的方法以测量构件轴向变形;采用防水铝箔胶带对开缝处进行密封,以达到良好的密封质量;通过对比试验验证可靠性。(2)进行了8组(16个)圆钢管约束(钢筋)混凝土短柱轴压构件长期性能试验,试验中混凝土强度等级为C50,初始应力比为0.4。考察加载龄期(7d、28d、90d、180d)、配筋率(0%、2.2%)、含钢率(3.7%、7.7%)和粘结摩擦(刷油、不刷油)对构件长期性能的影响。试验结果表明在60天持荷后,长期变形达到加载时刻弹性变形的30%~90%。加载龄期与配筋率影响较大,含钢率与粘结摩擦基本无影响。(3)建立了考虑约束作用经时性及截面竖向应力重分布的钢管约束钢筋混凝土构件长期变形数值分析方法,并利用试验结果进行了相应验证。在此基础上,对混凝土强度、加载龄期、配筋率、含钢率和应力水平进行参数分析。与相同用钢量的钢管混凝土对比,钢管约束钢筋混凝土构件的时效作用更加显著,高35.3%-59.6%。提出徐变简化计算方法(有效模量法、平均应力法和龄期调整的有效模量法)用于钢管约束钢筋混凝土构件长期变形计算的使用方法,并以逐步积分法为基准,对比三种简化计算方法在长期变形分析的精确性,其中龄期调整的有效模量法预测精度最高,偏差不超过6.5%。建议在实际工程使用中可采用偏于保守的平均应力法。


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