氯离子腐蚀作用下钢管混凝土压(拉)弯构件工作机理研究

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当钢管混凝土应用于海洋或近海结构中时,往往会承受氯离子腐蚀和长期荷载的共同作用,而以往对该方面的研究工作开展尚不深入。本文对综合考虑氯离子腐蚀及长期荷载等作用影响的圆形和方形钢管混凝土压(拉)弯构件的全过程受力机理、典型破坏形态、承载力极限状态和计算方法进行了研究。本文开展的主要工作及取得的主要成果如下:1.综合考虑氯离子腐蚀作用、长期荷载作用、构件初始缺陷(钢管冷弯、焊接过程等)和施工初应力的影响,建立了相应的钢管混凝土压(拉)弯构件受力全过程分析的精细化有限元分析模型。开展了钢管混凝土轴心受拉、压弯构件在氯离子腐蚀和长期荷载共同作用下的试验,研究了钢管腐蚀厚度、构件长期荷载比等参数对钢管混凝土构件力学性能的影响。基于结果,验证了所建立有限元分析模型的合理性。2.基于建立的精细化有限元分析模型,揭示了氯离子腐蚀等因素对钢管混凝土压(拉)弯构件的荷载-位移全过程关系、破坏形态、截面内力分布规律和钢管与核心混凝土之间组合作用的影响,明晰了氯离子腐蚀等因素作用下构件极限状态的变化规律。分析了氯离子腐蚀等因素作用下钢管混凝土压(拉)弯构件承载力相关曲线的变化以及加载路径和剪切作用的影响。3.对影响氯离子腐蚀作用下钢管混凝土压(拉)弯构件力学性能的参数进行了系统分析,定义了考虑氯离子腐蚀等因素作用的钢管混凝土压(拉)弯构件极限状态。所分析参数包括材料强度、含钢率、构件长细比、荷载偏心率、长期荷载比、初应力比和钢管腐蚀率。在参数分析结果的基础上,提出了可综合考虑氯离子腐蚀等因素影响的钢管混凝土压(拉)弯构件承载力实用计算方法,并基于试验结果验证了其合理性。4.建立了含2674个钢管混凝土构件的试验数据库,采用一次二阶矩法中的中心点法对所提出的计算方法进行了可靠度分析,结果表明,在本文所研究的参数范围内,圆、方钢管混凝土压(拉)弯构件的算例可靠指标β均大于3.2。考虑氯离子腐蚀等因素影响时,采用所提出计算方法进行设计的钢管混凝土构件的可靠指标符合规范GB 50068中安全等级为二级时的相关要求。基于可靠度分析,本文提出了钢管混凝土轴心受力强度分项系数。
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