基本信息
- 項目名稱：
- 不同長細比下鋼管橡膠混凝土滯回性能數值分析
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本文采用位移加載控制方式，研究了鋼管橡膠混凝土單軸受壓力學性能，得到鋼管橡膠混凝土的單軸受壓荷載作用下的應力-應變全曲線，并驗證了ABAQUS混凝土塑性損傷模型可以較好地模擬鋼管橡膠混凝土的滯回性能。計算結果表明，雖有良好的變形性能，但由于承載力大幅下降，橡膠鋼管混凝土柱的耗能性能低于普通鋼管混凝土柱。
- 詳細介紹：
- 近幾十年來，隨著汽車工業(yè)、石化產業(yè)、能源業(yè)、裝備制造業(yè)等產業(yè)迅速崛起，廢舊橡膠帶來的環(huán)保和資源壓力與日俱增。因而對廢棄橡膠循環(huán)利用進入了一個新的階段，橡膠混凝土隨之產生。橡膠混凝土具有抗凍性好、耐久性強、阻尼比高、耗能性能優(yōu)越等優(yōu)點，但其承載力明顯下降?；谔岣咴试S屈服的鋼管混凝土柱的耗能能力和廢棄橡膠循環(huán)再利用，本課題提出了一種新的結構構件形式：鋼管橡膠混凝土柱，由于鋼管的套箍約束作用，橡膠混凝土的承載力將顯著提高，并且由于橡膠處于約束阻尼狀態(tài)，其耗能能力也將相應提高，這種結構能充分利用橡膠的粘彈性耗能性能及鋼管混凝土高承載力及變形性能。從而使鋼管橡膠混凝土框架結構在遭遇地震時，既能滿足結構豎向承載力及變形要求，又能大量吸收地震能量，因此鋼管橡膠混凝土框架結構既提高了結構抗震性能，又合理利用了廢舊橡膠，有利于綠色循環(huán)經濟，實現建筑、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。 在CFT研究方面，馬愷澤等[1]在對方鋼管混凝土柱抗震性能的研究中指出：在一定的軸壓比和含鋼率情況下，無論是從破壞形態(tài)，還是從滯回特性、變形能力、耗能能力和剛度退化來看，方鋼管高強混凝土柱具有較好的抗震性能。李斌、任利民、石曉燕[2]對矩形CFT框架結構受力性能進行試驗研究，結果表明，在低周反復荷載作用下，矩形CFT結構承載力高、滯回曲線飽滿，具有良好的承載性能和較高的抗震能力。在橡膠混凝土材料性能研究方面，Toutanji H A[3]采用膠粉部分或全部替代骨料制備混凝土的研究表明，粗骨料(最大粒徑為l2.7 mm)全部被粒徑相當的膠粉替代的混凝土抗壓強度降低76.5%，抗折強度降低36.9%；采用細膠粉替代骨料的混凝土強度降幅比采用粗膠粉替代骨料的混凝土小。彈性膠粉在混凝土中可顯著增大混凝土內部各質點的摩擦和能量耗散，明顯提高混凝土的阻尼性能。 本文在之前的研究基礎上，以橡膠顆粒取代0%、20%、25%、30%砂的體積，采用位移加載控制方式，研究了普通混凝土、橡膠混凝土單軸受壓及四點彎曲荷載作用下的變形性能，得到各組混凝土的單軸受壓及彎曲荷載作用下的應力一應變全曲線，并針對試驗得到的全曲線討論了橡膠混凝土塑性損傷模型中有關參數的設置方法。采用ABAQUS有限元分析軟件，模擬鋼管混凝土和鋼管橡膠混凝土柱在低周反復水平荷載作用下的滯回耗能性能。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究不同長細比下鋼管橡膠混凝土柱與普通混凝土柱的滯回性能，得出鋼管橡膠混凝土柱的滯回性能。 基本思路：試驗分析與數值模擬相結合，采用對比分析的方法得出結論
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題首次將鋼管與橡膠混凝土材料相結合。提出了一種新的結構構件形式：鋼管橡膠混凝土柱，其能充分利用橡膠的粘彈性耗能性能及鋼管混凝土優(yōu)良的變形性能和高承載力。鋼管混凝土作為一種組合結構，借助鋼管對核心橡膠混凝土的套箍約束作用，使橡膠核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心橡膠混凝土具有承載力高，塑性和韌性好等優(yōu)點，還具有省工省料、施工速度快等優(yōu)越的施工性能。
應用價值和現實意義
- 鋼管橡膠混凝土柱，其能充分利用橡膠的粘彈性耗能性能及鋼管混凝土優(yōu)良的變形性能和高承載力，因此抗震性能優(yōu)越。我國可持續(xù)發(fā)展的需求，有效利用廢棄橡膠，改善生態(tài)環(huán)境，資源利用效率顯著提高，促進人與自然的協(xié)調和諧發(fā)展。
學術論文摘要
- 摘要：本文采用位移加載控制方式，研究了鋼管橡膠混凝土單軸受壓力學性能，得到鋼管橡膠混凝土的單軸受壓荷載作用下的應力-應變全曲線，采用ABAQUS混凝土塑性損傷模型,研究了不同長細比下鋼管混凝土和鋼管橡膠混凝土的滯回性能。計算結果表明，橡膠鋼管混凝土柱具有良好的變形性能，但由于承載力大幅下降，橡膠鋼管混凝土柱的耗能性能低于普通鋼管混凝土柱。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1]寧琰，鄭瑾.鋼管混凝土結構發(fā)展綜述，國外建材科技2007年第28卷 第6期,34-40 [2]鄔鑫，江輝，基于多因素分析的抗震結構阻尼耗能研究，北京交通大學學報，第34卷第4期2010年8月 [3] 韓林海.鋼管混凝土結構——理論與實踐.北京:科學出版社, 2004 [4]丁陽、許承祥等.鋼管混凝土框架結構抗震性能的非線性有限元分析[J].建筑結構,2004, 34(1):7-10 [5] 鐘善桐.高層鋼管混凝土結構[M].哈爾濱:黑龍江科學技術出版社, 1999. [6]王文達、韓林海.鋼管混凝土框架力學性能的簡化二階彈塑性分析[J].清華大學學報（自然科學版）,2009, 49(9): 23-26 [7]王文達、韓林海.鋼管混凝土框架實用荷載-位移恢復力模型研究[J].工程力學,2008, 25(11):62-69 [8] 馬愷澤.方鋼管高強混凝土柱抗震性能研究.碩士學位論文. [9] J. M. Ricles, S. W. Peng, L. W. Lu. Seismic Behavior of Composite Concrete Filled Steel Tube Column-Wide Flange Beam Moment Connections[J]. JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING ? ASCE，2004:224-232. [10]李斌、任利民、石曉燕.矩形鋼管混凝土框架受力性能試驗研究[J].工業(yè)建筑,2008, 38(11):97-101 [11] Toutanji H A．The Use of rubber tire particle in concrete to replace mineral aggregates[J]． Cement and Concrete Composites，1996，18(2)：135—139， [13]馮文賢,魏宜達, 李麗娟,劉鋒 ,陳應欽. 高強橡膠混凝土單軸受壓本構關系的試驗研究.新型建筑材料.2010.02:12-15
同類課題研究水平概述
- 過去對混凝土材料的修復措施有：往縫內灌漿；聚合物浸漬；采用預應力結構形式等等。隨著當今社會向智能化發(fā)展，這種停留在被動和低效的修復方式已無法適應當今社會對建筑智能化的高水準要求。 采用環(huán)氧樹脂膠黏劑研究自修復混凝土早已有之，但是效果不好，且受溫度影響，有南北地區(qū)限制性。但是選用高性能的GZH-45-4401環(huán)氧樹脂膠黏劑可以有效解決這個問題。 自修復混凝土材料屬于智能材料范疇。膠黏劑方案是在混凝土中摻入修復膠囊，形成智能型自愈合網絡系統(tǒng)。在外界荷載作用下，混凝土產生裂縫使膠囊破裂、修復劑釋放，流出的修復劑修復裂縫，從而達到修復的目的，且采用GZH-45-4401環(huán)氧樹脂膠黏劑是我們團隊的首創(chuàng)。
