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钢管活性粉末混凝土直接轴拉性能试验研究

应铮  
【摘要】:随着钢管混凝土桁梁在大跨度结构中广泛应用,钢管混凝土受拉构件受力性能的研究得到日益增长的关注。虽然管内混凝土有助于提高受拉弦杆的的承载力和刚度,但受混凝土抗拉强度和变形能力的限制,这种提高作用有限,而且受拉弦杆管内填充混凝土所增加的结构重量、施工难度和材料用量往往减小甚至抵消了这种提高效益。为了改善钢管混凝土受拉性能,已有工程在管内混凝土中掺加钢纤维,但是使用效果并不理想。为了提高钢管混凝土受拉构件的开裂承载力、极限承载力和刚度,从而促进钢管混凝土结构的工程应用和理论研究,本文介绍了高抗拉强度和大变形能力的活性粉末混凝土(reactive powder concrete,简称RPC)的配合比,以及钢管活性粉末混凝土(指钢管内填充RPC,以下简称钢管RPC)直接轴拉性能试验研究成果。主要工作及成果如下:①以某钢管混凝土连续桁架梁桥的上部结构为原型,设计了钢管RPC试件。改进了钢管混凝土直接轴拉试验加载方法,试件端部传力构造,钢管削薄加工工艺,以及变形测量装置。采用闽江细河沙为骨料,成功配置了高抗拉强度、大变形能力的RPC。制作了包括不同钢纤维体积掺量(0%、1%、2%和3%)和养护温度(20℃、60℃、90℃和180℃)共23根钢管RPC试件,以及21根RPC对比试件和3根空钢管对比试件。②成功完成了RPC直接轴拉试验,获得了RPC应力-应变全过程曲线,并确定了RPC受拉弹性模量、初裂点应力应变、峰值点应力应变、高强度应变区间。成功完成了钢管RPC直接轴拉试验,获得了钢管RPC直接轴拉荷载-变形全过程曲线以及典型的破坏形态,并确定了钢管RPC初始刚度、管内RPC开裂承载力、轴拉承载力。③通过对比钢管试件、RPC试件和钢管RPC试件的直接轴拉性能,研究了钢管和RPC的工作状态,以及两者界面之间的相互作用。通过对比特征参数,分别研究了钢纤维和养护温度对钢管RPC轴拉性能的影响。试验研究结果表明,基于本地材料配置的RPC具有良好的工作性和力学性能,钢管RPC较钢管混凝土具有更高的承载力和延性,能满足工程设计预期。④在试验研究成果的基础上,并参考文献上的钢管钢纤维混凝土轴拉承载力计算公式,提出了基于本文配合比的钢管RPC轴拉承载力和轴拉初始刚度实用算法,并采用试验数据对其进行了验证,该实用算法形式简单、计算精度高。


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