恒高温后圆高强钢管高强混凝土短柱轴压力学性能研究

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近年来高强建筑材料逐渐普及,若将高强钢材和高强混凝土结合形成高强钢管高强混凝土柱,将会有效改善高强混凝土的延性,并提高高强钢管的局部稳定性能,从而充分发挥两种高强材料的优势。目前,高强钢管高强混凝土柱常温下力学性能的研究已较完善,但对其高温下抗火性能和高温后剩余力学性能的研究仍较少,且高温下防火设计与高温后损伤评估方法尚属空白。本文针对恒高温后圆高强钢管高强混凝土轴压短柱的剩余力学性能进行试验研究和数值模拟分析,具体内容如下:(1)进行了5个不同恒高温后与2个常温下圆高强钢管高强混凝土短柱的轴压力学性能试验,并对若干高强混凝土试块和圆高强钢管高强混凝土短柱中的混凝土进行了高温爆裂性能的初探试验。测量了恒高温后轴压短柱的荷载、轴向位移、试件1/2高度处钢管的应变,研究了受火温度与混凝土抗压强度对轴压短柱剩余力学性能的影响规律,获得了恒高温后轴压短柱的破坏模式。试验结果表明:高强混凝土易发生高温爆裂,但钢管的约束作用有助于抑制高强混凝土高温爆裂;轴压短柱的剩余承载力随着恒高温温度的增大而减小,且其随着内填混凝土抗压强度的增大而增大。(2)基于ABAQUS有限元分析软件,建立了高强钢管高强混凝土短柱的温度场分析模型和高温后轴压力学性能分析模型,并利用相关文献中的试验结果,对温度场分析模型中选取的材料热工参数、轴压力学性能分析模型中选取的常温和高温后材料本构关系、及界面接触和单元类型的选取进行了可靠性验证。验证结果表明:本文所建有限元分析模型可以较合理的预测恒高温后圆高强钢管高强混凝土轴压短柱的力学性能。(3)基于验证后的有限元分析模型,进行了恒高温温度、截面尺寸、混凝土抗压强度、钢材屈服强度和截面含钢率等参数对恒高温后圆高强钢管高强混凝土轴压短柱剩余承载力影响规律的参数分析。分析结果表明:恒高温温度对轴压短柱剩余承载力和剩余承载力系数的影响最为显著,且随着恒高温温度的升高,其剩余承载力和剩余承载力系数均发生了显著降低。最后,基于常温下构件承载力计算方法,提出了恒高温后圆高强钢管高强混凝土轴压短柱剩余承载力简化计算公式。
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