混凝土强度对不锈钢筋混凝土柱受力性能影响的试验研究

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使用不锈钢筋可以延长结构的使用寿命,减少后期的维修养护费用,从而降低全生命周期成本。随着不锈钢筋的推广应用,研究不锈钢筋混凝土(SSRC)构件的受压力学性能,对其设计方法的进一步细分具有重要意义。因此本文以SSRC柱为研究对象,通过试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,研究了SSRC柱受压破坏机理,建立了相应的数值分析模型,对比了现有设计计算方法,并提出了相应的合理化建议。具体内容如下:(1)设计制作了8根SSRC柱,以混凝土强度和加载偏心距为变化参数进行偏心荷载下的拟静力加载试验。试验结果表明,在偏压荷载下不锈钢筋和混凝土具有良好的协同工作性能。承载力受混凝土强度和偏心距的影响显著,但是与规范计算结果存在差异。混凝土强度等级由C30提升至C50,试件的极限承载力平均提升了27.0%。当偏心距较小时,混凝土强度对承载力的影响更为显著。试件破坏时的平均裂缝宽度在0.04至0.25mm之间,裂缝的数量和发展规律主要受加载偏心距的影响。发生小偏心受压破坏时,仅在柱中位置处出现受拉裂缝,且从出现横向裂缝至达到峰值荷载发展较快;发生大偏心破坏时,混凝土开裂较早,横向裂缝数量更多分布更广,裂缝宽度更大。(2)借助ABAQUS软件在已有试验数据的基础上建立SSRC构件的有限元模型,有限元模型得到的破坏规律与试验一致。在此基础上分析了混凝土强度、偏心距、纵筋配筋率、长细比等参数对其力学性能的影响。结果表明,当长细比λ≥6时,承载力与长细比近似呈线性关系。随着λ的增大,SSRC轴压模型由受压破坏转为失稳破坏,承载力也逐渐下降。(3)根据试验数据和有限元分析结果,对依据现有规范GB50010-2010计算的SSRC柱偏压承载力进行了评估。结果发现,无论对于试验数据还是有限元分析结果,规范的计算值与之均存在一定的偏差。偏心距较小时结果偏于保守,偏心距较大时结果偏于不安全。因此建议考虑相对偏心率e0/h0对二阶效应的影响,并提出了考虑e0/h0对截面曲率的影响系数ζ。修正后模型的Nu-M曲线与试验及有限元分析结果吻合良好,计算值稳定且安全。(4)分析了8根SSRC柱的荷载-平均裂缝宽度曲线,对比了GB 50010-2010和EN 1992-1两种规范计算SSRC偏心试件的裂缝宽度时的适用性和差异。结果发现两种规范计算值均偏小,建议将GB 50010-2010计算方法中扩大系数τs调整为2.356,受力特征系数αcr调整为2.7。调整后的短期和长期最大裂缝宽度的计算结果稳定,且具有一定的安全裕度。
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