钢管粉煤灰混凝土徐变恢复及徐变后力学性能研究

Fly ash concrete-filled steel tube has been found wide application in practical engineering, but the creep recovery and after-creep mechanical performance have yet to see thorough relevant reports. Based on the applicant’s previous investigation, the proposed project will first through experimental study of different strength grade, mixture ratio of fly ash and load duration of fly ash concrete-filled steel tube under loading and unloading to measure the creep, creep recovery and after-creep mechanical performance. Combined with the creep analysis method, the creep recovery prediction model of fly ash concrete-filled steel tube will be proposed. Further to the above test specimen of the same batch of fly ash concrete-filled steel tube, experiments on the strength, modulus of elasticity and stress-strain relation of the specimens after creep will be conducted. Based on the compressible packing model, the strength, modulus of elasticity and stress-strain relation of the fly ash concrete-filled steel tube after creep will be analyzed. By adopting the creep strain as the initial plastic strain in the plastic constitutive model, the method for analyzing the after-creep mechanical performance of fly ash concrete-filled steel tube will be presented. This study is of strong innovation by integrating the long term performance of fly ash concrete-filled steel tube (creep) and the short-term performance (constitutive relation) together.

钢管粉煤灰混凝土在实际工程中应用广泛，但其徐变恢复和徐变后力学性能研究很少，难以满足土木工程可持续发展和实际工程的需要。本项目基于申请者的前期工作，首先通过试验研究不同强度等级、粉煤灰掺量、持荷时间条件下钢管粉煤灰混凝土的徐变、徐变恢复和徐变后力学性能，结合徐变分析理论，建立钢管粉煤灰混凝土的徐变恢复模型。然后对上述同批次试件开展徐变后力学性能试验研究，并基于可压缩堆积模型以及混凝土塑性本构理论，建立钢管粉煤灰混凝土徐变后力学性能的性能指标和分析方法。本项目研究将钢管粉煤灰混凝土的长期性能（徐变）与短期性能（本构关系）相结合，具有较强的创新性和挑战性。

钢管混凝土组合构件，因其承载力高、抗震性能好、施工方便、经济性能优等特点，已经成为土木工程领域广泛应用的组合材料。作为结构时效问题的研究重点，徐变对钢管混凝土结构的力学性能具有显著的影响。持续荷载作用下，核心混凝土的徐变会影响钢管与混凝土之间的界面粘结，钢管混凝土结构的力学性能也随之发生变化。目前对粉煤灰混凝土及钢管粉煤灰混凝土的徐变及徐变后力学性能缺少系统性的研究。.本项目首先以28天混凝土设计强度、粉煤灰掺量和持荷时间为控制变量进行了徐变及徐变恢复试验，将试验曲线与经典徐变模型和基于玻尔兹曼叠加原理的徐变恢复曲线进行对比，结果显示具有较差的预测性能。基于此，提出采用分数导数Maxwell模型对不同工况下的徐变及徐变恢复曲线进行拟合，得到分数导数Maxwell模型，并对持续荷载作用下混凝土粘弹性性能指标进行对比分析。根据不同龄期下的参比试件和徐变恢复后试件应力应变试验曲线，对规范建议的本构关系相关参数进行回归，建立了适用于不同粉煤灰掺量和不同持荷时间下素粉煤灰混凝土和约束粉煤灰混凝土本构关系。.基于水泥浆体厚度对混凝土抗压强度和弹性模量具有显著影响的研究，本项目采用三重球可压缩堆积模型（CPM）对素粉煤灰混凝土抗压强度和弹性模量依时发展进行计算，结果显示不同粉煤灰掺量下水泥浆体厚度依时改变量有所不同，并建立适用于不同粉煤灰掺量下CPM对应Φ值。同时，将钢管弹性刚度折算为骨料弹性刚度，同样采用CPM模型对钢管粉煤灰混凝土抗压强度和弹性模量有无应力作用下抗压强度和弹性模量依时规律进行了计算。该项研究有助于推动粉煤灰混凝土在钢管混凝土组合结构中的应用，同时有助于分数导数理论和可压缩堆积理论的发展，具有较大原始创新性和挑战性。