大管径钢管膨胀混凝土塔柱力学性能研究

【摘要】钢管混凝土结构具有良好的力学性能和施工简便等特点而得到广泛应用。常见于工业厂房、超高层建筑、大跨度拱桥,在悬索桥方面的应用较少,钢管混凝土应用于悬索桥的桥塔是一项创新。桥塔截面通常较大,对于大尺寸钢管混凝土桥塔而言,由于混凝土的收缩徐变等因素,会造成混凝土与钢管壁脱空导致紧箍力出现太迟的缺陷。采用膨胀水泥或加入膨胀剂后,混凝土在凝结硬化过程中生成的钙矾石在膨胀能的作用下被挤入毛细孔中,使水泥石的组织结构更为密实,材料力学性能得到了一定的改善。目前针对大管径钢管膨胀混凝土的自应力及承载力状况的研究较少,本文的主要研究内容包括以下几方面：(1)针对外径1500mm,壁厚50mm的四组试件内填C40膨胀混凝土,膨胀剂掺量分别是10%、12%。通过测取钢管表面及核心混凝土的应变及温度变化,采用圆筒在内压及温度作用下的拉梅公式及应变能计算公式,分析计算了钢管应力及混凝土自应力,确定了桥塔施工的膨胀剂掺量。对外径3000mm的桥塔施工段进行了监测,得到膨胀剂掺量10%的应变及温度参数。(2)采用ABAQUS软件,采用常温下混凝土本构模型进行了升温膨胀模拟。经过软件试算,确定了要使钢管达到与试验相同的应力应变值时核心混凝土需要的升温值。通过温度加载,得到钢管及核心混凝土的应力分布状况。(3)设计了直径0.8m,1.2m,1.6m,2m,2.4m五组钢管混凝土长柱,共计40个构件,通过ABAQUS升温0℃、10℃、20℃、40℃运行提取荷载与变形结果,得到膨胀作用下各构件承载力及变形曲线,比较了不同膨胀效应的承载力状况。(4)采用ABAQUS软件建立桥塔模型,根据相关试验结果对塔柱内混凝土进行等效升温膨胀,依据桥塔相关设计荷载参数进行上部加载。运行得到各构件应力分布及变形状况,结果满足设计各项要求。
【作者】魏晓军；
【导师】周茗如；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】钢管膨胀混凝土；自应力；承载力；桥塔；ABAQUS；

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