高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能对比分析

为研究高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能差异,以方和圆两种截面形式、历经最高温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为变化参数,对各27根方钢管和圆钢管再生混凝土短柱进行高温冷却后轴压加载试验,观察了试件的破坏过程,对比分析了方钢管与圆钢管试件的承载力、初始轴压刚度、延性及耗能的差异。结果表明:方钢管试件的初始轴压刚度和耗能能力受冷却方式的影响显著,圆钢管试件的承载力和延性受冷却方式的影响显著;随着温度T的不断升高,方钢管试件承载力退化、延性变化及耗能能力变化较圆钢管试件相比更为显著;对于初始轴压刚度,当温度较低时,方钢管试件退化更大,当温度较高时,圆钢管试件退化更大;取代率对方钢管试件的承载力和圆钢管试件的初始轴压刚度影响较大,且随着取代率r的增大,方钢管试件的延性系数和耗能系数增大,而圆钢管试件的延性系数和耗能系数减小。     

圆或方钢管再生混凝土构件高温损伤对比分析

以温度和再生粗骨料取代率为变化参数,深入分析了圆钢管试件和方钢管试件高温后表观变化、破坏形态、质量损失和承载力、刚度等力学性能退化规律。结果表明:高温后,圆钢管试件的表观变化、破坏形态与方钢管试件相似;随着温度的升高,方钢管试件烧失率的增长速度大于圆钢管试件,温度低于400℃时,圆钢管试件承载力的退化较方钢管试件大,而方钢管试件刚度、延性、耗能能力的退化显著大于圆钢管试件,温度超过400℃后,方钢管试件承载力的退化较圆钢管试件显著,而圆钢管试件刚度、延性、耗能的退化大于方钢管试件;随着取代率的提高,圆钢管试件烧失率的增幅大于方钢管试件,方钢管试件的刚度、延性、耗能能力的提高显著大于圆钢管试件,而承载力的退化略大于圆钢管试件。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

高温后圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力研究

为了研究火灾高温后圆钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能及极限承载力,以再生粗骨料取代率、恒温温度和恒温时间为变化参数,对20个设计的圆钢管再生混凝土短柱试件进行火灾高温后的力学性能试验。并对各变化参数对圆钢管再生混凝土短柱极限承载力的影响进行分析。利用统一强度理论和叠加计算理论分别计算高温后其极限承载力,并与试验实测结果比较。研究结果表明:高温后钢管再生混凝土短柱的受力破坏过程和形态与普通钢管混凝土柱相似;火灾温度对承载力影响显著;同一温度下,承载力随恒温时间的延长呈先上升后下降的趋势;骨料取代率对试件的承载力影响不大;采用统一强度理论中钟善桐计算法对高温后圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行计算,计算值与试验值吻合较好。     

高温后圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能研究

为研究高温后圆钢管再生混凝土柱偏压力学性能的退化规律,考虑温度作用场、再生粗骨料取代率2个变化参数,对9个设计的圆钢管再生混凝土柱试件进行高温后的偏心受压加载试验。观察其受力破坏过程及形态,获取受力全过程的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力等数据,并分析温度和取代率对高温后圆钢管再生混凝土偏压柱承载力、刚度退化、位移延性、耗能等力学性能指标的影响。结果表明:高温后钢管再生混凝土偏压柱的破坏过程和形态与常温试件相似,具有承载力高、变形性能好的特征;随着温度的升高,钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力和初始刚度显著降低,随着取代率的变化,钢管再生混凝土偏压柱的承载力、刚度、位移延性、能量耗散等力学性能指标变化不大。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

圆钢管再生骨料混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管再生混凝土短柱的轴压性能,以再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维为主要变化参数,设计了6个试件进行试验,观察试件的破坏全过程,分析再生骨料取代率对短柱试件轴压力学性能的影响,结果表明:圆钢管再生混凝土短柱的破坏模态和普通钢管混凝土短柱基本相同,随着再生粗骨料取代率的增大,钢管再生混凝土柱的承载力呈下降的趋势,但变化幅度不大,通过在再生混凝土中掺入矿物掺合料及钢纤维可以改善其性能。     

高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱轴压性能及损伤研究

为研究高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱的力学性能及损伤演化差异,以截面形式、高温温度、混凝土强度、冷却方式为变量设计了方、圆钢管混凝土柱各14根,对其高温喷水冷却处理后进行轴压试验,对比方与圆钢管混凝土柱峰值应力、初始刚度、延性系数、耗能系数等力学性能指标。确定试件损伤程度,对比方与圆钢管试件损伤随温度的演化规律,以及剩余承载力与损伤的关系。结果表明：高温喷水冷却后,圆钢管试件峰值应力、延性、耗能能力更大;随温度升高,圆钢管试件剩余承载力退化更慢,而方钢管试件延性以及耗能能力提高更快;相对于圆钢管试件,喷水冷却对方钢管试件延性、耗能的影响更为明显;随温度升高,方钢管试件损伤发展更快,且剩余承载力随损伤发展下降更迅速。     

高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力性能试验

对9个方钢管再生混凝土偏压柱在火灾(高温)处理后再进行静力单调加载试验,考察再生粗骨料取代率、最高恒温温度2个变化参数,对试件极限承载力、刚度、位移延性和耗能能力的影响,得到试件受力的全过程和试件破坏形态,获取了极限承载力、荷载-变形曲线、截面应变分布等数据。研究结果表明:高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力破坏过程和形态与普通钢管混凝土相似,均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;温度对方钢管再生混凝土偏压柱的力学性能有显著影响,随着温度的升高,试件的极限承载力、抗压刚度明显降低;而再生粗骨料取代率的变化对试件的力学性能影响不大。     

钢管再生混凝土柱塑性铰长度试验研究

为研究钢管再生混凝土柱的塑性铰长度,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,对10个圆钢管再生混凝土柱和6个方钢管再生混凝土柱试件进行拟静力试验。根据试件的破坏形态、滞回曲线,并基于等效塑性铰理论,提出压弯状态下圆钢管再生混凝土柱和方钢管再生混凝土柱的等效塑性铰长度计算公式。研究结果表明:钢管再生混凝土柱破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,钢管底部鼓曲破坏,底部的核心再生混凝土被压碎;钢管再生混凝土柱滞回曲线比较饱满,其形状从梭形发展到弓形,当再生粗骨料的取代率分别为0%,30%,70%,100%时,试件的滞回曲线受其影响不大;圆钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.45~0.95倍,方钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.65~0.75倍。     

高温后喷水冷却圆钢管再生混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的界面黏结性能变化规律,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率、界面锚固长度为3个变化参数,进行了27个高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土试件和2个自然冷却试件（对照组）的静力推出试验,以位移控制的加载方式为主,使自由端的钢管单独受力（核心混凝土不受力）,圆钢管内的混凝土从下向上推出。通过试验观察了圆钢管再生混凝土试件破坏的全过程和形态,获取了加载端和自由端的荷载-滑移曲线,分析了各个变化参数对黏结性能的影响规律。试验结果表明：经过高温喷水冷却后,圆钢管再生混凝土试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线形态相似,且和自然冷却试件的曲线相似,同时也和前期做的钢管普通混凝土的曲线具有相似性;加载端和自由端的荷载-滑移曲线大致分为上升段、缓慢下降段和平缓段;并且自由端的初始滑移晚于加载端。定义了极限黏结强度τu和残余黏结强度τr。圆钢管再生混凝土试件表面上应变沿试件高度方向大致呈指数分布。经历消防喷水冷却后,随历经最高温度的升高,黏结强度先增大后减小,在400 ℃时,黏结强度达到最大值,当大于400 ℃时,黏结强度降低。历经高温后试件的平均残余黏结强度分别是常温下试件的1.25倍、1.75倍、1.38倍和1.50倍。再生粗骨料取代率的变化对黏结强度的影响不明显,常温下γ=50%时,黏结强度达到最大值;温度为200 ℃且γ=75%时,黏结强度也为最大。这和自然冷却下钢管再生混凝土的结论类似。锚固长度的增大也使圆钢管再生混凝土试件平均极限黏结强度和残余黏结强度均有不同程度增大。提出了高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度的计算公式,用此公式所得计算结果均比较理想。今后对界面黏结性能的研究,可以从增加钢管内壁的粗糙度、钢管内部加入加劲肋和钢管内增设不同长度的螺栓角度进行探讨,进而进一步丰富界面黏结性能的理论研究,以期为消防喷水后建筑结构构件的其他力学性能提供理论基础,同时为现实生活中火灾后钢-混凝土组合结构的灾后评估和加固提供参考。     

圆钢管锂渣再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究圆钢管锂渣再生混凝土短柱的轴压性能,设计了8根试件,对其进行轴压试验研究。试件的主要影响参数为锂渣、再生粗骨料取代率,观察了圆钢管锂渣再生混凝土短柱试件的试验过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线,并分析了锂渣、再生粗骨料的取代率对试件轴压性能的影响。研究结果表明：圆钢管锂渣再生混凝土短柱的破坏形态类似于圆钢管普通混凝土短柱,其良好的强度、刚度和延性,可弥补再生混凝土在力学性能上的不足。     

高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能研究

为研究高温后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载性能,以再生粗骨料取代率和温度为变化参数,设计了24个试件进行轴心受压加载试验,观察高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力过程及破坏形态,获取其应力-应变曲线、极限承载力等重要数据,并分析再生骨料取代率、温度对该类新型组合构件轴压性能的影响规律;最后对高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力计算方法予以探讨。试验结果表明:随温度的升高,高温后试件的极限承载力和弹性刚度整体上均呈降低之势,延性系数和耗能均先减后增;随再生骨料取代率的增大,高温后试件的极限承载力降低,弹性刚度先增后减,延性系数和耗能均呈增长之势。     

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载变形曲线和极限承载力关系.结果表明：随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.     

AFRP加固后钢管再生混凝土承载力分析

为了研究掺加玄武岩纤维以及外包AFRP加固对圆钢管再生混凝土短柱试件轴压承载力的影响,试验设计了12根钢管再生混凝土短柱试件,其中6根为对照组试件,6根为加固组试件;以再生骨料替代率、掺加玄武岩纤维为变量分别讨论AFRP加固后掺加玄武岩纤维及再生骨料取代率对试件轴压承载力及轴向和周向应变的影响。结果发现再生骨料取代率对试件的影响最大。最后通过理论分析对AFRP加固后的钢管再生混凝土短柱进行轴压承载力计算,计算结果与试验数据吻合较好。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

Research on mechanical behavior of recycled aggregate concrete after high temperatures

以历经最高温度、再生粗骨料取代率、粗骨料类型、混凝土强度为变化参数,设计和制作了168个再生混凝土标准棱柱体试件,对其进行高温后的物理及力学性能试验。试验中观察了高温后试件的表观变化及其受力破坏形态,获取了再生混凝土的高温烧失率以及各试件的轴心受压全过程应力-应变曲线,通过分析各变化参数对历经高温后再生混凝土的物理及力学性能的影响规律,根据最高受火温度和质量烧失率分别提出高温后再生混凝土轴心抗压强度评估公式。结果表明：随着温度的提高,高温后再生混凝土由青灰色变为棕灰色,最后呈灰白色,出现温度裂缝及剥落现象;烧失率随着温度的提高、取代率的增大和强度的降低而显著增大;温度对高温后再生混凝土破坏形态及力学性能的影响最大,温度越高,其轴心受压破坏时的裂缝带越宽,破坏程度越严重;随着温度的升高,其弹性模量的衰减程度要比峰值应力的大;相比卵石骨料再生混凝土,高温对碎石骨料再生混凝土力学性能的影响更为显著;混凝土强度和再生粗骨料取代率变化对高温后再生混凝土的力学性能无明显影响。基于试验结果提出的高温后再生混凝土轴心抗压强度的评估计算结果与实测结果吻合较好。     

高温后再生混凝土力学性能研究

以历经最高温度、再生粗骨料取代率、粗骨料类型、混凝土强度为变化参数,设计和制作了168个再生混凝土标准棱柱体试件,对其进行高温后的物理及力学性能试验。试验中观察了高温后试件的表观变化及其受力破坏形态,获取了再生混凝土的高温烧失率以及各试件的轴心受压全过程应力-应变曲线,通过分析各变化参数对历经高温后再生混凝土的物理及力学性能的影响规律,根据最高受火温度和质量烧失率分别提出高温后再生混凝土轴心抗压强度评估公式。结果表明:随着温度的提高,高温后再生混凝土由青灰色变为棕灰色,最后呈灰白色,出现温度裂缝及剥落现象;烧失率随着温度的提高、取代率的增大和强度的降低而显著增大;温度对高温后再生混凝土破坏形态及力学性能的影响最大,温度越高,其轴心受压破坏时的裂缝带越宽,破坏程度越严重;随着温度的升高,其弹性模量的衰减程度要比峰值应力的大;相比卵石骨料再生混凝土,高温对碎石骨料再生混凝土力学性能的影响更为显著;混凝土强度和再生粗骨料取代率变化对高温后再生混凝土的力学性能无明显影响。基于试验结果提出的高温后再生混凝土轴心抗压强度的评估计算结果与实测结果吻合较好。     

钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验,在用钢量相同的情况下,对比分析了钢管再生混凝土短柱与钢筋再生混凝土短柱二者轴压力学性能的差异;分析了核心再生混凝土强度及再生粗骨料取代率等主要试验参数对钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验结果表明：与用钢量相同的钢筋再生混凝土试件相比,钢管再生混凝土试件表现出较好的力学性能;钢管再生混凝土轴压短柱套箍系数较小时（ξ<1.0）,发生剪切破坏;再生粗骨料取代率对钢管混凝土短柱极限荷载的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土短柱类似。     

钢管约束再生混凝土的受力机理及强度计算

为揭示钢管约束再生混凝土的受力机理,设计33个钢管再生混凝土试件进行轴心受压加载试验,其中圆钢管试件22个、方钢管试件11个。试验考虑再生粗骨料取代率、截面形式和套箍指标3个变化参数。试验观察试件的受力破坏全过程,获取荷载-位移曲线、峰值应力等重要参数。研究结果表明:圆钢管再生混凝土试件的破坏形态表现为腰鼓状斜剪压破坏,而方钢管再生混凝土则呈现斜压破坏;试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、再次上升段等历程,各试件的峰值应力和峰值应变与普通再生混凝土相比有明显提高,且圆钢管试件较方钢管提高更为显著。取代率对钢管再生混凝土的破坏机理有影响但不明显。基于试验实测数据,分别采用全过程分析法和极限分析法对钢管约束再生混凝土的极限承载力进行理论分析,并提出应力-应变全过程曲线的数学表达式和极限强度计算公式,理论计算结果与试验实测结果吻合良好,研究结果可供钢管约束再生混凝土的科学研究和工程应用参考。