中空夹层钢管地聚合物混凝土短柱轴压力学性能研究

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普通硅酸盐水泥的生存过程会产生大量的CO2排放到空气中,对环境造成很大的负担,而地聚合物混凝土是由工业废料-粉煤灰、矿渣和碱激发剂制成,是绿色环保材料,可部分或完全替代普通混凝土。中空夹层钢管地聚合物混凝土是由两个同心放置的钢管和夹层地聚合物混凝土组成的,是一种新型绿色的结构形式。钢管与地聚合物混凝土的结合能够充分发挥钢管和地聚合物混凝土各自的优点,具有广阔应用前景。目前部分学者对地聚合物混凝土在组合结构中的应用进行了一些研究,但研究还不完善,因此本文研究了中空夹层钢管地聚合物混凝土短柱的轴压力学性能,与有限元模拟结合对其破坏模态、轴向荷载-应变关系和参数影响进行了深入的研究。本文的研究工作具体包括:(1)共对48根中空夹层钢管混凝土短柱进行了试验研究,其中包括24根外圆内圆中空夹层钢管混凝土短柱和24根外方内圆中空夹层钢管混凝土短柱,圆形和方形试件分别有12根夹层混凝土为地聚合物混凝土试件,12根夹层混凝土为普通混凝土试件。试验考虑的参数为:截面形式、混凝土种类、混凝土圆柱体抗压强度、内外钢管尺寸比、外管径(宽)厚比。得到了中空夹层钢管地聚合物混凝土短柱在轴压作用下的破坏模态、轴向荷载-应变曲线、极限承载力、抗压刚度、峰值应变、延性等特性。(2)利用ABAQUS对圆形和方形截面中空夹层钢管地聚合物混凝土轴压短柱进行了有限元模拟,有限元模拟结果与试验曲线吻合良好,验证了所选钢材与混凝土的本构关系模型不仅适用于中空夹层钢管普通混凝土短柱,也适用于中空夹层钢管地聚合物混凝土短柱。(3)利用验证后的有限元模型,通过403个算例进行参数分析,考察参数为:外钢管屈服强度、内钢管屈服强度、夹层混凝土圆柱体抗压强度、内外管尺寸比、外钢管径(宽)厚比、内钢管径厚比。在参数分析的基础上提出了中空夹层钢管(地聚合物)混凝土短柱轴压作用下的极限承载力、轴压刚度、峰值应变的简化计算方法。
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