圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

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发布时间：2021-09-05

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圆钢管再生混凝土轴压短柱研究
陈梦成，刘京剑，黄宏
(华东交通大学交通基础设施环境与安全协同创新中心，江西南昌330013)
摘要：为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能，设计了6根轴压短柱试件，对其进行了轴压试验研究并用有限元软件
ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50％、普通再生粗骨料取
代率50％)和圆钢管尺寸。结果表明：圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力一应变关系、刚度退化规律、损伤
积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载一位移关系、荷载一应变关系，再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影
响不大。对于约束效应系数较大的试件，由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强，所以其峰值应力及其对应的
应变较大，延性较好，初始刚度较小，耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80％之后，圆钢管与核心再生混凝土之间产生
了明显的相互作用，再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态，大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变，较好地
改善了再生混凝土强度低，延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载一变形全过
程，计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时，比有限元法的计算结果偏
于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。
关键词：圆钢管再生混凝土；短柱；轴压；再生骨料；承载力
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)12-0043—06
Study on circle recycled aggregate concrete-filled steel tube under axial compression
CHEN M engcheng，LIU Jingdian，HUANG[1ong
(Innovation Centre ofSafety and Environment for Transport Infrastructure，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China)
Abstract： In order to study circle recycled aggregate concrete—filled steel tube column，6 short columns were tested under axial corn
pression load and numerical simulated by finite element software ABAQUS．The major changes in parameters of specimens are the types of
aggregate(including natural aggregate，hi曲titanium slag recycled aggregate replacement rate 50％，normal recycled aggregate replacement
rate 50％ )and the sizes of steel tubes．The results show that the circle recycled aggregate concrete-filled steel tube short column’s notional
stress—strain curve，rule of stiffness degeneration，ru le ofdamage accumulation，ability ofenergy consumption，variation oflateral deform a·
tion coefi cilent，axial load—displacement curve and axial load—strain curve are similar to norm al concrete—filled steel tube short column．The
changes of the type of recycled coarse aggregate have little effect on the properties mentioned above．The higher confining factor ，the
higher peak stress，beter ductility，smaller initial stiffness and s~onger ability of energy consumption，which is because of s~onger constraint
ofsteel tube to concrete and recycled aggregate concrete．W hen the load reaches 80％ ofthe ultimate load，there are apparent interactions
between steel tube and recycled aggregate concrete．Recycled aggregate concrete which is in triaxial compression state thanks to the
constraint ofsteel tube improve its strength．ductility．peak stress and corresponding strain．Finite element method can simulate the load—de—
formation relationship of circle concrete-·filled steel tube column and circle recycled aggregate concrete·-filled steel tube column well and
the results are in good agreement with the experimental results．When the formula is used to calculate the bearing capacity of circle con—
crete—filled steel tube column and circle recycled aggregate concrete—filled steel tube column．it is safer comparing to the result calculated
by finite element method．The bearing capacity of circle recycled aggregate concrete—filled steel tube column is lower than that of circle
concrete—filled steel tube column．
Key words： circle recycled aggregate concrete—filled steel tube；short column；axial compression；recycled aggregate；bearing capacity
。引言鬈麦墓嚣襄善差莩冀
圆钢管再生混凝土是指将圆钢管混凝土中的普通混利用废弃混凝土或碎砖等生产的骨料。21世纪以来专家学
收稿日期：2014_J05-09
基金项目：国家自然科学基金项目(51378206，51008122，50968006)；江西省教育厅科技计划落地项目(赣财教(2Ol1)243号)；江西省青年科学家培
养对象项目(201 33BCB23015)；汀西省重点基金项目(20114ACB01000，20122BAB206006)
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者对钢管再生混凝土柱的轴压性能进行了相关研究。李
军涛等lll进行了圆截面钢管再生混凝土短柱轴压试验，结
果表明：再生骨料取代率对钢管再生混凝土的轴压承载能
力和变形性能影响不大。陈宗平等【2]进行了方、圆截面钢管
再生混凝土轴压短柱试验和力学分析，结果表明：再生粗
骨料取代率超过50％后，钢管再生混凝土的轴压终值耗能
因子随取代率的增加而降低。杨有福口_5l提出了再生混凝土
的本构模型，并用数值模拟了钢管再生混凝土柱轴心受压
作用下的荷载一变形全过程，与试验结果吻合良好，并提出
了钢管再生混凝土柱轴压极限承载力的计算式。刘轶翔
等[61从损伤力学的角度，指出由于再生混凝土初始损伤更
大，再生混凝土吸收应变能的能力要低于普通混凝土，钢
管的约束作用可使得再生混凝土的耗能能力大大提高，将
再生混凝土应用到钢管混凝土之中，形成钢管再生混凝土
结构可以有效弥补再生}昆凝土本身的缺陷。何东等[71先采
用数值方法对的荷载一变形全过程关系曲线进行了分析，
骨料取代率的提高，试件的极限承载力下降。
笔者设计了6根圆截面短柱试件，对其进行了轴压力
学性能的试验研究，分析了再生骨料类型对圆截面钢管混
凝土柱、钢管再生矿渣混凝土柱和钢管再生普通混凝土柱
的名义应力一应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗
v, ge,力、横向变形系数变化规律、荷载一位移关系和荷载一
应变关系的影响，约束效应系数对试件峰值应力及其对
应的应变、延性、初始刚度和耗能能力的影响，利用有限元
软件ABAQUS模拟了所有试件的荷载一变形关系曲线，计
算了所有试件的极限承载力，并与试验结果进行了比较。
1 试件概况
笔者设计了6根圆截面短柱试件，对其进行了轴压力
学性能的试验研究8】。主要变化参数为核心混凝土的骨料
类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50％、普通再
生粗骨料取代率50％)和圆钢管几何尺寸。试件的主要参
用试验结果验证了其模型的正确性，结果表明：随着再生数见表1