徐變對圓鋼管高性能混凝土軸壓短柱極限承載力的影響(1)

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1、徐變對圓鋼管高性能混凝土軸壓短柱極限承載力的影響王慶賀土木學(xué)院指導(dǎo)教師：張素梅一、課題研究目的徐變是混凝土材料在長期荷載作用下的一種變形性能.所謂徐變,即在長期荷載作用下混凝土構(gòu)件的應(yīng)變增量,混凝土再外荷載作用下立即產(chǎn)生瞬時彈性變形,當荷載穩(wěn)定下來以后,該混凝土構(gòu)件即開始徐變變形.混凝土徐變可以持續(xù)非常長的時間.隨著橋梁跨徑的增大，由拱肋核心混凝土的徐變引起的結(jié)構(gòu)撓度變化、拱肋截面應(yīng)力重分布、體系轉(zhuǎn)換后的內(nèi)力重分布等問題日益突出，將對拱軸線線型、拱的穩(wěn)定性及施工監(jiān)控產(chǎn)生較大影響。而目前國內(nèi)外學(xué)者對于鋼管混凝土構(gòu)件的徐變

2、性能的認識尚存在分歧，各國規(guī)范對于該問題的處理亦存在較大差異。本項目將針對鋼管混凝土拱橋中普遍采用的高流態(tài),微膨脹的高性能混凝土，研究其徐變對鋼管混凝土構(gòu)件截面極限承載力等靜力性能的影響，本項目的實施將為已建鋼管混凝土拱橋的長期工作性能評價提供理論依據(jù)，并進一步完善鋼管混凝土拱橋的設(shè)計理論與設(shè)計方法，使鋼管混凝土拱橋這一具有中國特色的橋型在發(fā)展時不具盲目性，對鋼管混凝土在拱橋中的推廣、應(yīng)用具有重要理論意義與實用價值。二、課題背景鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下，由于混凝土受壓發(fā)生徐變，鋼筋和混凝土之間將出現(xiàn)內(nèi)力重分布現(xiàn)象

3、.對于鋼管混凝土構(gòu)件，同樣存在類似問題.不過由于鋼管混凝土構(gòu)件中，鋼管和核心混凝土都處于三向應(yīng)力狀態(tài)，因而混凝土徐變而引起的內(nèi)力重分布就更為復(fù)雜.國內(nèi)外學(xué)者已對矩形鋼管混凝土柱和圓鋼管混凝土柱進行研究，例如：韓林海、楊有福、劉威等（2004）[1]進行了長期荷載作用對矩形鋼管混凝土軸壓柱力學(xué)性能的影響研究.韓林海等（2001）[2~3]進行了方鋼管混凝土構(gòu)件的理論分析與試驗研究.原哈爾濱建筑工程學(xué)院（現(xiàn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)）鐘善桐等于1978年進行過一次試探性試驗，于1983~1984年間進行了較大規(guī)模的圓鋼管混凝土軸壓及偏

4、壓短柱的徐變試驗，其中軸壓構(gòu)件24個，偏壓構(gòu)件16個。對含鋼率、軸壓比、偏心率及齡期等影響鋼管混凝土構(gòu)件徐變變形的主要因素進行了實驗研究，分析了徐變對鋼管混凝土軸壓構(gòu)件極限承載力的影響。鋼管混凝土構(gòu)件的核心混凝土為干硬性混凝土，水灰比在0.4~0.45之間。三、課題研究主要內(nèi)容1、試驗研究1.1試驗概況共設(shè)計了10個圓形鋼管混凝土試件，其中的6個試件進行了長期荷載作用的變形測試和承載力試驗，另外4個為對比試件，只進行一次加載試驗.混凝土采用人工拌和，澆筑時將鋼管豎立放置，從頂部灌進混凝土，同時用插入式振搗棒振搗直至密實

5、.由于本試驗是研究高性能混凝土,因而原材料與普通混凝土有所不同，所用材料如表1所示.311.2.1試件設(shè)計綜合考慮到試件持荷及加載時的穩(wěn)定性和端部的摩擦約束，將試件的長細比定為L/D=3[4]。為了研究長期荷載對軸壓構(gòu)件極限承載力的影響,在進行了約5個月的長期加載試驗后，對試件進行了一次壓縮試驗。同時進行一次壓縮試驗的還有同批澆注的未進行長期加載的4個對比試件。極限承載力試驗時，混凝土的齡期為158天。在極限承載力加載時，測量了標準養(yǎng)護后的同齡期混凝土立方體試塊強度，試塊為150mm標準立方體，平均強度為58.7MPa

6、，換算為軸心抗壓強度為fct=42.83MPa。試件參數(shù)如表2和表3所示。其中Nm為采用28天抗壓強度fck計算的承載力，Nmt為在極限承載力試驗時測量的同齡期混凝土抗壓強度fct計算的承載力。表2長期加載鋼管混凝土試件參數(shù)表3承載力對比試件參數(shù)1.2.2拆除長期加載裝置后，立即將試件放置在壓力機上進行一次加載壓縮試驗。實驗裝置和文獻[5]進行的圓鋼管混凝土軸壓試驗裝置類似。在長期加載試件和對比試件中截面按間隔90°試件四周對稱位置四點，每點各粘貼一片縱向應(yīng)變片和一片橫向應(yīng)變片，以測定中截面的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變。長期加

7、載試件除布置應(yīng)變片外，保留了長期加載時在試件兩側(cè)布置的千分表，一方面可以測量拆除長期加載裝置后的變形恢復(fù)情況，另一方面極限加載時可以對比千分表與應(yīng)變片測量應(yīng)變的差異。試驗裝置如圖1所示。在試件兩側(cè)對稱布置兩個量程為50mm位移計，以監(jiān)測試件的縱向變形。對試件進行一次壓縮試驗，位移計和應(yīng)變片的數(shù)據(jù)由DH3816采集箱自動采集。2a)對比試件試驗裝置圖b)長期加載試件裝置圖圖1試件一次壓縮試驗裝置圖在測量儀器布置完畢后，首先將試件進行幾何對中。將試件的幾何中心軸線與加載壓力機的上下加載板幾何中心線對中。然后進行試加載與物理

8、對中。試加載的壓力小于計算極限承載力的30%，分級加載。監(jiān)測試件四周的軸向應(yīng)變的讀值變化，當變化不均勻時，需要卸載，重新調(diào)整試件位置，再重復(fù)加載，直到四周應(yīng)變變化近似相等，認為此時試件的物理中心與加載壓力機的上下加載板幾何中心重合。試驗采用分級加載制，在達到預(yù)計極限荷載的70%以前，每級荷載為預(yù)計極限荷載的1/10，當荷載達到70