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加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究.pdf
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1、第 3 6 卷第 9 期 2 0 1 4年 9月 铁 道 学 报 J OURNAL 0F THE CHI NA RAI L W AY S 0CI ETY Vo 1 3 6 No 9 Se p t e m b e r 20 1 4 文章编号 :1 0 0 1 8 3 6 1 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 1 0 5 0 6 加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱 抗压性能影响的研究 罗 华 , 季文玉 , 闫志 刚, 李 旺旺 ( 北京交通大学 土木建筑工程 学院 , 北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘 要 :钢管活性粉末混凝土 的超高 强度 能有 效减小构件的截面尺寸 , 减轻结构 自重 ,
2、 在高 层建筑和 桥梁建设 中 都有 良好 的应用前景 。考 虑实际工程 中钢管活性粉末混凝 土结构 可能出现的其 中 2种加载方式 全截面加 载 及核心混凝土加载 , 进行不 同加载方式对钢 管活性粉末混凝 土轴压短 柱受力性 能影响 的试 验研究 。试验 结果表 明 , 2种加载方式 下试 件的应力发展过程不一样 , 但极 限状 态时 钢管切 向应力 均接近 钢材 的屈 服强 度 , 纵 向应力 均接近 0 , 试件 的极 限承载力相差不大 , 但套箍 作用和刚度有一定 的差异 。讨论 2种不 同加 载方式作用下 试件 的 破坏机理 、 极 限承载力公式及荷载变形情况 。利 用有 限元 软
3、件 AB AOus建模分析并 与试验结果进 行对 比。 关键词 :钢管活性粉末混凝土 ; 加 载方式 ; 极 限承载力 ; 荷载 一位移 曲线 ; 荷载一 应变 曲线 中图分类号 :U2 1 4 1 8 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 - 8 3 6 1 2 0 1 4 0 9 0 1 6 Re s e a r c h o n I nf l u e n c e o f Lo a d i n g M e t h o d s o n Co m p r e s s i v e Be h a v i o r o f Re a c t i
4、 v e Po wde r Co nc r e t e Fi l l e d S t e e l Tu b e S t u b Co l u mns u n d e r Ax i a l Lo a d s LUO Hu a , J I W e n y u, YAN Z h i g a n g, LI W a n g wa n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 , Ch
5、i n a ) Abs t r a c t :Th e Re a c t i v e Po wde r Co nc r e t e(RPC) 一 f i l l e d s t e e l t ub e s c a n d e c r e a s e t h e s i z e s o f c r o s s s e c t i o ns o f f r a m e m e mbe r s o wi n g t o t he ul t r a hi g h s t r e ngt h of RPC a nd c a n e c on omi z e t he d e a d l o a d o
6、f s t r uc t u r e Th e RPC- f i l l e d s t e e l t ub ul a r s t r uc t ur e s h a v e b r oa d pr o s pe c t s i n hi g h r i s e c o m m e r c i a l bui l d i n gs a nd b r i d ge s I n t hi s p a p e r , t wo d i f f e r e n t l o a d i n g me t h o d s o f t h e RP C - f i l l e d s t e e l t
7、u b u l a r s t r u c t u r e u s e d i n r e a l e n g i n e e r i n g p r o j e c t s we r e pr e s e nt e d,whi c h we r e t he f ul l s e c t i o n l o a di n g a n d c o r e c o nc r e t e l o a d i ng Ex pe r i me nt a l r e s e a r c h o n i n f l u e n c e o f d i f f e r e n t l o a d i n g
8、 me t h o d s t o b e h a v i o r s o f RP C f i l l e d s t e e l t u b e s t u b c o l u mn s s u b j e c t e d t o a x i a l l o a d s wa s c a r r i e d o u t An a l y s e s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t ,wh e n t h e s p e c i me n s a r e s u b j e c t e d t o f u l l s e c t i o n l o
9、 a d i n g a n d c o r e c o nc r e t e l o a di n g r e s pe c t i v e l y , t h e s t r e s s de ve l o p i ng pr o c e s s e s a r e d i f f e r e n t t he s t r e s s e s o f s t e e l a nd t he u l t i m a t e l oa d c a r r y i ng c a pa c i t i e s a r e s i m i l a r i n t h e l i m i t l o
10、a di ng s t a t e a nd t he ho o pi n g e f f e c t a n d s t i f f ne s s a r e di f f e r e nt t o s o m e e x t e nt Th e f a i l ur e m e c ha ni s m a nd l oa d d i s pl a c e me nt c ur v e s o f RPC f i l l e d s t e e l t ub e s t u b c ol u m ns und e r t WO t y pe s of a x i a l l oa d i n
11、g we r e a na l y z e d Ke y wo r d s:Re a c t i v e Po wd e r Co nc r e t e f i l l e d s t e e l t ube ; l oa di n g m e t h od; ul t i ma t e l o a d i ng c a p a c i t y; l oa d d i s pl a c e m e n t c ur ve : l o a d s t r a i n c u r v e 钢管活性粉末混凝土( 钢管 R P C ) 具有极高的承 收稿 日期 :2 0 1 3 - 0 9 2 9 ;
12、 修 回 E t 期 : 2 0 1 4 0 1 0 3 基金 项 目 :教 育 部 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 ( 2 0 1 3 Y J 8 0 5 6 , 2 0 1 3 YJ S 0 6 7) 第一作者 :罗华 ( 1 9 8 5 一 ) , 女 , 湖南 岳阳人 , 博 士研究 生。 Ema i l : l 1 l 1 5 2 9 8 b j t u e d u c n 通讯作者 :季文玉( 1 9 6 O 一 ) , 男 , 辽 宁北票人 , 教授 , 博 士。 Ema i l : wy j i b j t u e d u c n 载力 , 能很好地解决建筑物 、
13、构筑物截面过大 的问题 , 也能增大桥梁结构的跨越能力 , 在高层建筑和桥梁建 设 中应用广泛_ 1 。实际工程中的钢管 R P C结构的加 载形式是多样的 , 如在钢管 R P C拱桥 中, 先架设空钢 管 , 后 浇 筑 管 内活 性 粉 末混 凝 土形 成 钢 管 RP C拱 肋 , 钢管中存在初应力 ; 在约束型钢管混凝土桥墩 中, 荷载 主要施加于管内混凝土。这些都与 目前大量的试验研 1 O 6 铁 道 学 报 第 3 6卷 究 中采用钢管与混凝土全截面同时加载的受力情况不 同 。本文对钢管 R P C结构中可能存在的其中 2种 加载方式对轴压构件的受力性能影响进行试验研究。 本文
14、 仅介 绍短 柱 的试 验研 究结 果 。 1 试验简介 1 1 材 料配 比 活性 粉末 混 凝 土 通 过 提 高 材 料 组 份 的 细 度 和 活 性 , 减少材料内部的缺 陷, 获得高强度与高耐久性 , 能 有效克服普通高强混凝土的高脆性。活性粉末混凝土 抗弯抗拉强度高 , 与轴心抗压强度相 同的普通高强混 凝土相 比, 采用活性粉末混凝土可以延长结构寿命 , 降 低维护费用 , 降低工程建设和使用 的综合造价。本文 研 究 的钢管 RP C中 , 主 要利 用 R P C的抗 压 能力 , 钢 纤 维对此影响不大 , 为施工方便 和降低造价 , R P C中不 掺加钢纤维 , 减少
15、石英砂掺量 , 增加碎石比例。借鉴 已 有 试 验数据 , 本 试验试 件 采用 R P C配合 比组成成 分 见 表 1 , 其 水胶 比为 0 1 4 。 表 1 R P C组成成分表 k g m 。 1 2加 载方 式 加 载方式 考虑 2种 情况 全截 面加 载和核 心混 凝土加载。试验在北京交通大学 土木 工程实验 中心 5 0 0 t 的液压试验机上进行 。试件两端采用平板铰加 载 。每个试件在上下端板 两侧设置 2个 电测位移计 , 在中截面处布设纵向及横 向各 4片 电阻应变片, 试 验 加载装置见 图 1 。试验采用分级加载 , 每级荷 载持 荷 : J _ d - - _上
16、 承 力 板 LI Lt LI LLLLLL0 I 篁 挛片、 l 钢 I 777 1 传 LLLLL 暖 鲑 L L ( a )全截面加载 ( b )核心混凝土加载 ( c )加载装置 图 图 1 不同加载方式与加载装置图 时间约为 3 mi n , 初期加 载每级荷载为预计极 限荷载 的 1 1 0 , 钢管屈服后为 1 2 0 。使用东华 DH3 8 1 6静态 应变测量 系统采集数据 。 1 3试 件 设计 试件制作前 , 对不同搅拌批次的活性粉末混凝土 和钢材 进行 力学性 能测 试 , 得 出 活性 粉 末 混 凝 土 在无 侧压时的轴心抗压强度 和钢管屈 服强度 厂 , 见表 2
17、 。考虑加载方式和套箍系数等 因素 的影响 , 设计 了 1 6 个试 件。所有试 件外径 D一1 3 3 mm, 长 L一4 0 0 mm, 长细比为 3 。试件主要参数见表 2 , 其 中, 试件编 号中第一位的字母代表加载方式 , A为全截面加载 , B 为核心混凝土加载 ; 第二位 的数字代表钢管厚度 t , 单 位 mm; 套箍系数 一A f A , 。试件采用 2 O 钢材 , 常 温养护 。 表 2试 件 主 要 参 数 表 号 f MP a A mm - A mm 试件编号 服强度 截面积 截面积 y s u c A一 6 1 A_ 6 2 吕 6 1 6 2 A一 8 1 A
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