基本信息
- 项目名称：
- 不同长细比下钢管橡胶混凝土滞回性能数值分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文采用位移加载控制方式，研究了钢管橡胶混凝土单轴受压力学性能，得到钢管橡胶混凝土的单轴受压荷载作用下的应力-应变全曲线，并验证了ABAQUS混凝土塑性损伤模型可以较好地模拟钢管橡胶混凝土的滞回性能。计算结果表明，虽有良好的变形性能，但由于承载力大幅下降，橡胶钢管混凝土柱的耗能性能低于普通钢管混凝土柱。
- 详细介绍：
- 近几十年来，随着汽车工业、石化产业、能源业、装备制造业等产业迅速崛起，废旧橡胶带来的环保和资源压力与日俱增。因而对废弃橡胶循环利用进入了一个新的阶段，橡胶混凝土随之产生。橡胶混凝土具有抗冻性好、耐久性强、阻尼比高、耗能性能优越等优点，但其承载力明显下降。基于提高允许屈服的钢管混凝土柱的耗能能力和废弃橡胶循环再利用，本课题提出了一种新的结构构件形式：钢管橡胶混凝土柱，由于钢管的套箍约束作用，橡胶混凝土的承载力将显著提高，并且由于橡胶处于约束阻尼状态，其耗能能力也将相应提高，这种结构能充分利用橡胶的粘弹性耗能性能及钢管混凝土高承载力及变形性能。从而使钢管橡胶混凝土框架结构在遭遇地震时，既能满足结构竖向承载力及变形要求，又能大量吸收地震能量，因此钢管橡胶混凝土框架结构既提高了结构抗震性能，又合理利用了废旧橡胶，有利于绿色循环经济，实现建筑、资源、环境可持续发展。 在CFT研究方面，马恺泽等[1]在对方钢管混凝土柱抗震性能的研究中指出：在一定的轴压比和含钢率情况下，无论是从破坏形态，还是从滞回特性、变形能力、耗能能力和刚度退化来看，方钢管高强混凝土柱具有较好的抗震性能。李斌、任利民、石晓燕[2]对矩形CFT框架结构受力性能进行试验研究，结果表明，在低周反复荷载作用下，矩形CFT结构承载力高、滞回曲线饱满，具有良好的承载性能和较高的抗震能力。在橡胶混凝土材料性能研究方面，Toutanji H A[3]采用胶粉部分或全部替代骨料制备混凝土的研究表明，粗骨料(最大粒径为l2.7 mm)全部被粒径相当的胶粉替代的混凝土抗压强度降低76.5%，抗折强度降低36.9%；采用细胶粉替代骨料的混凝土强度降幅比采用粗胶粉替代骨料的混凝土小。弹性胶粉在混凝土中可显著增大混凝土内部各质点的摩擦和能量耗散，明显提高混凝土的阻尼性能。 本文在之前的研究基础上，以橡胶颗粒取代0%、20%、25%、30%砂的体积，采用位移加载控制方式，研究了普通混凝土、橡胶混凝土单轴受压及四点弯曲荷载作用下的变形性能，得到各组混凝土的单轴受压及弯曲荷载作用下的应力一应变全曲线，并针对试验得到的全曲线讨论了橡胶混凝土塑性损伤模型中有关参数的设置方法。采用ABAQUS有限元分析软件，模拟钢管混凝土和钢管橡胶混凝土柱在低周反复水平荷载作用下的滞回耗能性能。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：研究不同长细比下钢管橡胶混凝土柱与普通混凝土柱的滞回性能，得出钢管橡胶混凝土柱的滞回性能。 基本思路：试验分析与数值模拟相结合，采用对比分析的方法得出结论
科学性、先进性及独特之处
- 本课题首次将钢管与橡胶混凝土材料相结合。提出了一种新的结构构件形式：钢管橡胶混凝土柱，其能充分利用橡胶的粘弹性耗能性能及钢管混凝土优良的变形性能和高承载力。钢管混凝土作为一种组合结构，借助钢管对核心橡胶混凝土的套箍约束作用，使橡胶核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心橡胶混凝土具有承载力高，塑性和韧性好等优点，还具有省工省料、施工速度快等优越的施工性能。
应用价值和现实意义
- 钢管橡胶混凝土柱，其能充分利用橡胶的粘弹性耗能性能及钢管混凝土优良的变形性能和高承载力，因此抗震性能优越。我国可持续发展的需求，有效利用废弃橡胶，改善生态环境，资源利用效率显著提高，促进人与自然的协调和谐发展。
学术论文摘要
- 摘要：本文采用位移加载控制方式，研究了钢管橡胶混凝土单轴受压力学性能，得到钢管橡胶混凝土的单轴受压荷载作用下的应力-应变全曲线，采用ABAQUS混凝土塑性损伤模型,研究了不同长细比下钢管混凝土和钢管橡胶混凝土的滞回性能。计算结果表明，橡胶钢管混凝土柱具有良好的变形性能，但由于承载力大幅下降，橡胶钢管混凝土柱的耗能性能低于普通钢管混凝土柱。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]宁琰，郑瑾.钢管混凝土结构发展综述，国外建材科技2007年第28卷 第6期,34-40 [2]邬鑫，江辉，基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究，北京交通大学学报，第34卷第4期2010年8月 [3] 韩林海.钢管混凝土结构——理论与实践.北京:科学出版社, 2004 [4]丁阳、许承祥等.钢管混凝土框架结构抗震性能的非线性有限元分析[J].建筑结构,2004, 34(1):7-10 [5] 钟善桐.高层钢管混凝土结构[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 1999. [6]王文达、韩林海.钢管混凝土框架力学性能的简化二阶弹塑性分析[J].清华大学学报（自然科学版）,2009, 49(9): 23-26 [7]王文达、韩林海.钢管混凝土框架实用荷载-位移恢复力模型研究[J].工程力学,2008, 25(11):62-69 [8] 马恺泽.方钢管高强混凝土柱抗震性能研究.硕士学位论文. [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、石晓燕.矩形钢管混凝土框架受力性能试验研究[J].工业建筑,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]冯文贤,魏宜达, 李丽娟,刘锋 ,陈应钦. 高强橡胶混凝土单轴受压本构关系的试验研究.新型建筑材料.2010.02:12-15
同类课题研究水平概述
- 过去对混凝土材料的修复措施有：往缝内灌浆；聚合物浸渍；采用预应力结构形式等等。随着当今社会向智能化发展，这种停留在被动和低效的修复方式已无法适应当今社会对建筑智能化的高水准要求。 采用环氧树脂胶黏剂研究自修复混凝土早已有之，但是效果不好，且受温度影响，有南北地区限制性。但是选用高性能的GZH-45-4401环氧树脂胶黏剂可以有效解决这个问题。 自修复混凝土材料属于智能材料范畴。胶黏剂方案是在混凝土中掺入修复胶囊，形成智能型自愈合网络系统。在外界荷载作用下，混凝土产生裂缝使胶囊破裂、修复剂释放，流出的修复剂修复裂缝，从而达到修复的目的，且采用GZH-45-4401环氧树脂胶黏剂是我们团队的首创。
