太陽輻射作用下鋼管混凝土界面性能試驗(yàn)與理論分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國得到廣泛工程應(yīng)用，其優(yōu)異性能依賴于鋼管與核心混凝土間的復(fù)合作用。但工程實(shí)踐顯示，在惡劣、往復(fù)、持續(xù)的野外環(huán)境作用下，鋼管混凝土存在界面脫粘脫空現(xiàn)象，這削弱了其復(fù)合增強(qiáng)作用，并最終影響鋼管混凝土的長期工作性能和結(jié)構(gòu)安全。鑒于鋼管混凝土兩種材料熱工性能參數(shù)不同，實(shí)際工程中的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在受到強(qiáng)烈太陽輻射作用時(shí)，鋼管混凝土截面會(huì)產(chǎn)生較大溫差導(dǎo)致兩者變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的較大溫度應(yīng)力，此外鋼管混凝土結(jié)構(gòu)還受到核心混凝土收縮徐變

2、與荷載等多因素影響，進(jìn)一步導(dǎo)致了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)界面性能研究的復(fù)雜性。因此，研究太陽輻射、軸壓荷載、核心混凝土收縮徐變等多因素影響下的鋼管混凝土界面性能及優(yōu)化方法具有重要的理論價(jià)值與實(shí)踐意義。
　　本文綜合運(yùn)用理論分析、試驗(yàn)研究與有限元法，分析了太陽輻射及太陽輻射-軸壓荷載耦合作用下的鋼管混凝土界面性能，主要內(nèi)容包括：應(yīng)力盒法定量測(cè)試鋼管混凝土界面性能試驗(yàn)；太陽輻射模擬器的設(shè)計(jì)制作與測(cè)試分析；太陽輻射及太陽輻射-軸壓荷載耦合作用下鋼

3、管混凝土界面性能試驗(yàn)、界面性能數(shù)值模擬、界面脫粘機(jī)理和界面優(yōu)化理論等工作。
　　取得的主要成果如下：
　?。?）太陽輻射作用下鋼管混凝土溫度梯度模式呈現(xiàn)出非線性典型特征，最終穩(wěn)定溫度梯度沿直徑方向呈對(duì)數(shù)分布，向陽面與背陽面最大溫差達(dá)19℃。單一太陽輻射作用下鋼管混凝土界面拉應(yīng)力增量為2.4MPa，此效應(yīng)增加了界面脫粘的趨勢(shì)。
　?。?）混凝土自應(yīng)力可有效地改善太陽輻射作用下鋼管混凝土的界面受力性能，避免其截面不同部位由

4、于較大的溫度應(yīng)力梯度所引起的界面脫粘，同時(shí)，混凝土自應(yīng)力對(duì)太陽輻射作用下的鋼管混凝土界面間隙產(chǎn)生部位及其大小變化有一定影響，故對(duì)太陽輻射作用下的實(shí)際鋼管混凝土構(gòu)件核心混凝土限制膨脹率進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以上兩種情況對(duì)界面性能的影響。
　?。?）在太陽輻射-軸壓荷載耦合作用下，鋼管外壁及界面向陽面和背陽面應(yīng)力狀態(tài)顯著不同，并隨著軸壓荷載的增加呈現(xiàn)出不同的彈塑性狀態(tài)，向陽面鋼管塑性發(fā)展較快，同時(shí)向陽面界面徑向應(yīng)力隨荷載水平增加發(fā)生拉壓狀

5、態(tài)轉(zhuǎn)變，這與試驗(yàn)所觀察到的破壞形態(tài)相符。有限元分析也表明，受太陽輻射作用的試件所產(chǎn)生的中軸線偏心以及不均勻溫度場所引起的膨脹變形和相應(yīng)溫度應(yīng)力加劇了混凝土的整體應(yīng)力場以及與鋼管間復(fù)合作用的有效持續(xù)發(fā)揮，并改變了界面狀態(tài)和受力性能。
　?。?）應(yīng)用熱彈性力學(xué)理論，得到鋼管混凝土柱體自由膨脹率與限制膨脹率解析關(guān)系、鋼管混凝土自應(yīng)力與引起該自應(yīng)力的核心混凝土自由膨脹率解析關(guān)系以及核心混凝土自由膨脹率“可行域”，形成了基于核心混凝土膨脹性