鋼纖維微膨脹鋼管混凝土拉彎力學(xué)行為研究.pdf

1、鋼管混凝土桁架梁式結(jié)構(gòu)是一種新型組合結(jié)構(gòu)，其具有承載力高、剛度大、自重輕、跨越能力強(qiáng)，施工方便，節(jié)省水泥與混凝土用量等系列優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，應(yīng)用前景廣闊。在該結(jié)構(gòu)體系中，弦桿主要處于壓彎與拉彎等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，對核心混凝土力學(xué)性能要求較高。鋼纖維能顯著提高混凝土抗彎拉強(qiáng)度，以鋼纖維增強(qiáng)自密實(shí)微膨脹混凝土填充其弦桿，能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能優(yōu)勢。本文在交通部科研項(xiàng)目“中等跨度鋼管混凝土桁架連續(xù)梁橋成套技術(shù)研究”(2009318000

2、105)資助下，以世界首座全管桁結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋——干海子大橋工程為依托，研究了鋼纖維微膨脹鋼管混凝土組成、結(jié)構(gòu)與性能及其拉彎力學(xué)行為，研究成果在依托工程進(jìn)行了應(yīng)用。具體研究工作與主要結(jié)論如下:
　　 提出了鋼纖維微膨脹鋼管混凝土的設(shè)計(jì)與制備方法，研究了膨脹劑與鋼纖維復(fù)合對混凝土工作性能與力學(xué)性能的影響，探明了鋼管密閉條件下鋼纖維微膨脹混凝土的體積變形規(guī)律;研究鋼纖維微膨脹鋼管混凝土的抗凍技術(shù)措施，探明了鋼管約束對鋼纖維微膨脹混凝土

3、抗凍性增強(qiáng)機(jī)理。制備出滿足干海子大橋主梁弦桿力學(xué)性能與施工要求的C60鋼纖維微膨脹自密實(shí)鋼管混凝土，檢測結(jié)果表明管內(nèi)混凝土密實(shí)填充，結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)良好。
　　 基于推出試驗(yàn)，對鋼纖維微膨脹鋼管混凝土荷載-滑移關(guān)系曲線進(jìn)行了全過程分析，探討了核心混凝土與管壁的界面粘結(jié)力退化模式，研究了含鋼率、界面粘結(jié)長度與混凝土中鋼纖維摻量對其界面粘結(jié)強(qiáng)度影響規(guī)律，提出了其界面粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算方法。研究表明:鋼纖維限制混凝土膨脹變形，降低界面粘結(jié)強(qiáng)度，

4、但較相同強(qiáng)度等級無自應(yīng)力的普通鋼管混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度約提高1～3倍;含鋼率是界面粘結(jié)強(qiáng)度主要影響因素，含鋼率越高，約束作用越強(qiáng)，界面粘結(jié)強(qiáng)度越高;界面長度對界面粘結(jié)強(qiáng)度影響不明顯。
　　 研究了含鋼率、核心混凝土中鋼纖維摻量等對鋼纖維微膨脹鋼管混凝土軸拉承載力、變形形態(tài)與破壞特征影響規(guī)律，分析了鋼管混凝土與空鋼管軸拉力學(xué)性能差異。結(jié)果表明:混凝土的填充有效阻止了鋼管徑向收縮，截面徑向剛度顯著增強(qiáng)，軸拉承載力較空鋼管約提高15％～

5、37％，且含鋼率越低，提高幅度越大;鋼纖維阻止核心混凝土裂縫延伸與擴(kuò)展，減少貫通縫的形成，混凝土對鋼管的約束增強(qiáng);鋼纖維微膨脹鋼管混凝土構(gòu)件初裂荷載與屈服荷載均隨鋼纖維摻量增加而提高，初裂荷載提高幅度較大，而屈服荷載提高幅度較小。提出了鋼纖維微膨脹鋼管混凝土軸拉承載力計(jì)算方法，計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　 研究了含鋼率與核心混凝土中鋼纖維摻量等對鋼纖維微膨脹鋼管混凝土受彎承載力、變形形態(tài)、應(yīng)變分布與破壞特征的影響規(guī)律。結(jié)果表

6、明:混凝土的填充使構(gòu)件破壞模式由鋼管受壓區(qū)塑性失效轉(zhuǎn)變?yōu)楣那茐?，承載力較空鋼管構(gòu)件提高約80％～290％，且含鋼率越低提高幅度越大;鋼管混凝土構(gòu)件受壓區(qū)應(yīng)力集中較空鋼管構(gòu)件明顯改善，截面變形基本符合平截面假定。核心混凝土中摻加鋼纖維后，整體工作性能增強(qiáng)，屈服荷載隨鋼纖維摻量增加而提高。推導(dǎo)了鋼纖維微膨脹鋼管混凝土抗彎承載力計(jì)算公式，計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果較好吻合。本文提出的鋼管混凝土軸拉與抗彎承載力計(jì)算公式可為鋼管混凝土桁架梁式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提

7、供參考依據(jù)。
　　 研究了鋼管桁架梁弦管灌注鋼纖維微膨脹混凝土對結(jié)構(gòu)抗彎承載力、撓度變形、應(yīng)變分布與破壞模式的影響規(guī)律。研究表明:鋼管桁架梁弦管灌注混凝土后，弦桿截面應(yīng)變分布均勻，結(jié)構(gòu)整體抗彎工作性能增強(qiáng)，抗彎剛度與承載力顯著提高。空鋼管桁架主要因節(jié)點(diǎn)處弦管塑性失效而破壞，結(jié)構(gòu)整體彎曲變形較小。弦管灌注混凝土后，弦管含鋼率高、支主管壁厚比較小，結(jié)構(gòu)主要因腹桿屈曲而失效，整體彎曲變形明顯;弦管含鋼率低、支主管壁厚比較大，結(jié)構(gòu)主要因