论文题目：钢骨超高强混凝土加固柱粘结滑移及偏压力学性能研究
摘要：钢骨超高强混凝土加固柱是用玻璃纤维增强复合材料（GFRP管）约束钢骨超高强混凝土柱形成的一种加固后的组合结构。这种组合结构适用于大型高层建筑中,既可以提高结构的承载力,扩大建筑的使用空间,还可以使建筑更加美观、耐久、节省造价,符合绿色环保及可持续发展战略。目前,国内外在GFRP管约束钢骨高强混凝土组合结构的研究中很少考虑钢骨高强混凝土界面粘结滑移的影响。对于组合结构来说,各材料间的界面粘结作用是各个部分之间联系的纽带,直接影响着结构的承载力及构件的使用寿命。在实际工程中,组合柱会处于偏压状态,型钢与混凝土会发生相对滑动,对构件的承载力影响较大,忽略组合柱界面粘结滑移作用的偏压受力分析,对于实际工程的适用性较低。为此,本文采用试验研究、界面粘结滑移和加固柱承载力理论分析及ABAQUS有限元模拟分析,研究了型钢超高强混凝土界面的粘结滑移性能及钢骨超高强混凝土加固柱的偏压力学性能。主要内容有:本文以C100超高强混凝土为研究对象,设计高强混凝土、超高强混凝土、膨胀高强混凝土等三种混凝土配合比形成对照组。通过混凝土立方体试块抗压强度试验和收缩试验,观测三种类型混凝土在不同龄期的抗压强度及收缩性能,分析水胶比、硅灰、粉煤灰、膨胀剂对混凝土的强度、收缩性的影响作用,得出三种类型混凝土的最佳配合比。通过型钢高强混凝土试件推出试验,研究了型钢高强混凝土柱界面粘结机理和破坏形态,对比高强混凝土、超高强混凝土、添加膨胀剂的超高强混凝土等三种不同类型混凝土对组合柱界面粘结力的不同影响效果;得到了三种型钢混凝土柱的型钢应变变化、荷载-滑移曲线、界面粘结强度与抗压强度关系式、粘结-滑移曲线;通过界面粘结应力理论计算,得到了三种型钢混凝土组合柱的界面化学胶结力、摩擦力在界面粘结应力中的占比关系,分析了强度、膨胀剂对型钢混凝土柱界面粘结作用的影响;根据推出试验数据,回归分析得到了型钢高强混凝土柱的粘结滑移本构模型。利用型钢混凝土试件推出试验得到的试验数据,结合已有偏压柱粘结滑移理论关系,得到型钢高强混凝土偏压柱粘结滑移本构模型。通过ABAQUS软件模拟GFRP管约束钢骨高强混凝土加固柱在偏压作用下的受力状态,对比分析了不考虑界面粘结滑移、推出试验粘结滑移本构关系、偏压柱粘结滑移本构关系等三种情况对加固柱偏压承载力的影响,对比ABAQUS模拟与已有偏压柱承载力公式计算结果,结果误差在合理范围内,验证了两种粘结滑移本构模型的合理性。利用偏压柱粘结滑移本构模型,通过ABAQUS模拟分析了混凝土强度、GFRP管壁厚度、长细比、偏心距等参数对加固柱偏压承载力的影响。
关键词：钢骨超高强混凝土;粘结滑移;偏压;试验研究;有限元模拟
学科专业：土木工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 超高强混凝土研究现状
1.2.1 超高强混凝土配制及强度研究
1.2.2 超高强混凝土收缩性能研究
1.3 型钢混凝土界面粘结研究现状
1.4 GFRP管约束钢骨混凝土柱偏压性能研究
1.5 研究工作及思路
第2章 超高强混凝土抗压强度及收缩试验
2.1 配合比设计分析
2.1.1 胶凝材料总量
2.1.2 水胶比确定
2.1.3 矿物掺合料
2.1.4 骨料及砂率
2.1.5 减水剂掺量
2.2 试验原材料及配合比
2.2.1 试验原材料
2.2.2 配合比
2.3 混凝土抗压强度试验
2.3.1 混凝土试块制作
2.3.2 混凝土抗压强度测量方法
2.3.3 混凝土抗压强度试验现象及计算方法
2.3.4 混凝土试块破坏形态
2.3.5 混凝土试块强度
2.4 混凝土抗压强度影响因素
2.4.1 养护龄期对抗压强度的影响
2.4.2 水胶比对抗压强度的影响
2.4.3 硅灰掺量对抗压强度的影响
2.4.4 粉煤灰掺量对抗压强度的影响
2.4.5 膨胀剂对抗压强度的影响
2.5 混凝土收缩试验
2.5.1 混凝土收缩试验仪器
2.5.2 混凝土收缩试验方法
2.6 混凝土收缩试验结果及影响因素分析
2.6.1 温度对混凝土自收缩的影响
2.6.2 湿度对混凝土自收缩的影响
2.6.3 水胶比对混凝土自收缩的影响
2.6.4 粉煤灰对混凝土自收缩的影响
2.6.5 膨胀剂对混凝土自收缩的影响
2.7 小结
第3章 型钢超高强混凝土柱推出试验
3.1 试验材料及仪器
3.1.1 试验材料
3.1.2 试验仪器
3.2 试验方案
3.2.1 试件设计
3.2.2 试件制作及步骤
3.3 型钢超高强混凝土推出试验加载
3.3.1 试验加载制度
3.3.2 试验量测
3.4 试验结果
3.4.1 试件破坏形态
3.4.2 型钢应变变化
3.4.3 荷载-滑移曲线及特征
3.4.4 粘结强度-滑移曲线及特征
3.4.5 粘结强度与抗压强度关系
3.4.6 界面粘结应力
3.5 粘结滑移本构关系
3.5.1 粘结滑移本构模型
3.5.2 粘结滑移本构模型对比
3.6 小结
第4章 钢骨超高强混凝土加固柱偏压性能有限元分析
4.1 GFRP管约束钢骨高强混凝土组合柱偏压承载力计算方法
4.2 粘结滑移本构模型
4.2.1 型钢混凝土偏压柱粘结滑移本构理论
4.2.2 型钢混凝土偏压柱本构关系
4.3 GFRP管约束钢骨高强混凝土组合偏压柱有限元模拟
4.3.1 有限元模型
4.3.2 单元类型
4.3.3 材料本构关系
4.3.4 粘结滑移本构关系
4.3.5 有限元模型建立及结果
4.4 有限元模型模拟结果分析
4.4.1 应力云图
4.4.2 荷载-位移曲线
4.4.3 有限元模拟与理论公式计算结果对比
4.5 GFRP管钢骨高强混凝土组合柱承载力影响因素分析
4.5.1 混凝土强度对组合柱承载力的影响
4.5.2 GFRP厚度对组合柱承载力的影响
4.5.3 长细比对组合柱承载力的影响
4.5.4 偏心距对组合柱承载力的影响
4.6 小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢