高参量粉煤灰钢管混凝土构件的承载性能研究

钢管对核心混凝土的有效约束，是钢管混凝土构件具有良好承载性能的内在机制。粉煤灰混凝土具有增强、经济和环保等多方面的优点。高参量粉煤灰混凝土填充钢管构件，由于钢管的约束，核心混凝土三向受压，其强度和延性得到可靠的保证。在掺入适当适量复合激发剂和减水剂的条件下，甚至用粉煤灰完全替代水泥作为胶凝材料的钢管混凝土构件也具有良好的承载性能。本课题在粉煤灰混凝土材料和钢管混凝土构件研究成果的基础上，通过材料设计、模型试验、显微结构分析和理论模型推导，对高掺量低品质粉煤灰及其填充空钢管短柱的受力性能开展研究，探讨粉煤灰混凝土在钢管约束下的强度变化规律，研究圆、方形截面短柱承载性能随着粉煤灰参量不同的变化规律，给出组合截面的最优含钢率和核心粉煤灰混凝土的最优配比，确定钢管粉煤灰混凝土截面的合理设计和承载力的计算方法。本研究提供了钢管混凝土材料设计的一种新方案，将促进钢管混凝土结构的应用和发展。

钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便快捷和经济效益显著等优点，是一种发展前景广阔的结构形式。粉煤灰是煤燃烧后的烟气中的细灰，具有低的火山灰活性。在混凝土中掺入粉煤灰，等量取代水泥的用量，具有降低成本、保护环境的作用。. 本项目第一部分进行高掺量钢管粉煤灰混凝土和无水泥钢管粉煤灰混凝土的材料设计。对于大掺量粉煤灰构件来说，为了提高其早期强度，应选用高钙粉煤灰，也可采用低钙粉煤灰中添加适量生石灰的方法，活性激发剂宜选石膏或硫酸钠熟石灰复合剂。当钢管的截面尺寸一定时，钢管壁越薄，粉煤灰的掺加量应越少；当钢管壁厚达到一定值时，粉煤灰可以完全替代水泥，而不致引起钢管混凝土极限承载力的明显降低。通过材料设计，得到了无水泥钢管粉煤灰混凝土构件的核心混凝土的配合比设计方案。. 第二部分通过对试验数据进行回归分析，得到了钢管粉煤灰混凝土构件中核心粉煤灰混凝土的本构关系。. 第三部分提出了钢管粉煤灰混凝土承载力的计算方法，并与试验值进行对比。. 第四部分考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性，建立钢管粉煤灰混凝土构件的三维模型，对钢管粉煤灰混凝土构件进行非线性有限元分析，得到了钢管内粉煤灰混凝土的应力分布状态。. 第五部分对钢管粉煤灰混凝土偏压短柱构件进行研究，提出了偏压短柱构件承载力的计算方法，并与试验值进行对比。. 最后一部分探讨了钢管与核心混凝土之间紧箍力测定的间接方法，通过试验结果求出了紧箍力的分布。. 本项目在上述领域内给出了大量首次得到的研究成果，为高掺量粉煤灰钢管混凝土构件的进一步研究和工程应用提供了重要的理论依据和实用参考价值。