Performance Investigation of Square Concrete-filled Steel Tube Columns

The behaviour of square concrete-filled steel tube columns under concentrical loading was studied. More than one hundred specimens were tested to investigate the effects of thickness of steel tube on the load carrying capacity of the concrete-filled tubular columns （CFTs）. The effect of the grade of concrete and content of expansive agent were also investigated. The effect of these parameters on the confinement of the concrete core was studied as well. From the experimental study it was found that for both CFTs with different strength grade concrete core, the ultimate load carrying capacity increases with the increase in percentage of expansive agent up to 20% but it again decreases at 25% of expansive agent content. It was also shown that the failure mode of CFTs depends on the strength grade of concrete core.

THE SHRINKAGE OF EXPANSIVE CONCRETE FILLED STEEL TUBE AND ITS IMPROVEMENT METHOD

The shrinkage characteristics tics of expansive concrete filled steel tube (CFST) are analyzed, Cold shrinkage, creep and autogenous shrinkage are considered as the main reasons of causing CFST contraction. In accordance with the shrinkage characteristics of expansive CFST, a kind of energy-stored delayed expansive agent is exploited, which can not only compensate the shrinkage of the core concrete in every stages, but also make CFST expand according to the delayed expansion mechanism. As the result, the prestress loss weill be reduced and expansive energy will be utilized effectively.

膨胀剂和高吸水性树脂对钢壳沉管自密实混凝土体积变形性能的影响

通过对深中通道钢壳沉管自密实混凝土配合比进行优化设计,探讨了膨胀剂、高吸水性树脂对自密实混凝土工作性能和抗压强度的影响,并重点研究膨胀剂、高吸水性树脂对自密实混凝土的早期收缩和长期收缩变形的影响。研究结果表明:掺加适量的膨胀剂、高吸水性树脂均可提升自密实混凝土的工作性能,掺量过大时对混凝土工作性能不利,且抗压强度也随之降低;与掺加膨胀剂相比,掺加高吸水性树脂可更有效改善自密实混凝土的体积稳定性。

外约束作用对钢管内混凝土力学性能的影响

试验研究了掺入不同组成的钙镁复合膨胀剂对管内混凝土工作与力学性能的影响。结果表明,复合膨胀剂中氧化镁比例的增加会降低管内自密实混凝土流动性,而对间隙通过性和抗离析性影响不大。对于掺有复合膨胀剂的管内混凝土而言,相较于不受外约束作用的自由试件,其二维、三维外约束试件不同龄期抗压强度与弹性模量均显著增加。复合膨胀材料中氧化钙比例较高时,这一提升作用更加明显,可作为管内混凝土配合比设计时的安全储备。

自应力对圆钢管混凝土短柱轴压性能的影响机理及其预测模型

为研究自应力对圆钢管混凝土短柱轴压性能的影响机理,采用不同掺量的膨胀剂制备自应力混凝土,开展了12根圆钢管自应力混凝土短柱的轴心受压试验,分析了自应力对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力、破坏位移、荷载-应变曲线的影响。利用有限元软件ABAQUS建立钢管自应力混凝土轴心受压短柱有限元模型,模拟结果与试验结果吻合良好。进一步分析了自应力对试件极限承载力、钢管与混凝土的荷载分配、接触应力等方面的影响,并通过钢管与混凝土接触应力、混凝土纵向应力的变化阐明自应力对短柱轴压性能的影响机理。最后,基于统计分析的方法,对影响自应力的因素进行偏相关分析,提出自应力预测模型。结果表明:自应力不影响试件的破坏形态;试验中自应力对极限承载力的影响存在一个最佳水平,12%膨胀剂掺量组别的试件平均极限承载力最高;试件到达极限承载力对应的破坏位移随着自应力的增大而减小;自应力对荷载-位移、荷载-应变的变化趋势影响也不显著;提高混凝土强度、钢管强度、钢管壁厚均可提高试件的极限承载力。

微膨胀钢管混凝土弹塑性变形试验研究

通过试验研究膨胀剂对钢管膨胀混凝土承载力及应变的影响,确认膨胀剂能在一定范围内通过补偿收缩提高钢管混凝土的承载力,进而研究膨胀剂不同掺量对钢管混凝土在加载情况下弹塑性变形的影响规律。试验得出:对于钢管混凝土,膨胀剂掺量有一极值,而并非呈线性关系;掺加膨胀剂后钢管混凝土构件提高了韧性,降低了脆性,起到了"增韧减脆"的作用。

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。

膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压性能影响试验研究

钢管混凝土中由于膨胀剂的加入补偿收缩作用明显,并产生一定的膨胀应力,使核心混凝土与钢管壁紧密结合。在钢管的紧箍力下,核心混凝土处于三向受压状态,能与钢管协同工作,从而提高钢管混凝土构件的极限承载力。本文对膨胀剂掺量分别为0,4%,8%,12%的钢管混凝土试件轴压下环向应力和承载能力进行试验研究。结果表明:膨胀剂掺量的增加会导致钢管壁环向应力增大从而降低轴压下钢管的承载力,并非膨胀剂掺量越多钢管混凝土极限承载力越大,掺量为4%时钢管极限承载力最高;将钢管混凝土极限承载力计算公式应用于掺膨胀剂钢管混凝土计算结果偏小,会造成原材料的浪费。

新型硫铝酸钙类膨胀剂的研究及其应用

采用铝矾土与石灰石高温煅烧进行增钙处理,复掺石膏,制备硫铝酸钙类膨胀剂(CSA),通过正交试验研究了原料掺量和煅烧制度对其膨胀性能的影响,采用XRD、SEM分析其在水泥水化浆体中的作用机理,并在低强度等级自密实钢管混凝土中进行适应性研究。结果表明,该膨胀剂膨胀源为钙矾石,膨胀主要发生在前7 d,14 d膨胀略有增加,28 d膨胀达到稳定,并利用其制备出C30自密实微膨胀钢管桩基混凝土,满足工程设计要求,成功应用于武汉阳逻港深水薄壁大直径钢管桩中。

膨胀剂对钢管再生混凝土柱轴压性能影响的试验研究

为了减少核心再生混凝土的收缩变形,防止钢管与核心再生混凝土脱离,在再生混凝土配合比设计时掺入不同掺量的膨胀剂。对6根再生混凝土替代率相同、膨胀剂掺量不同的钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,通过试验获得了试件的极限承载能力、荷载位移关系曲线、荷载与横向应变及纵向应变曲线。结果表明:掺入适量的膨胀剂能提高钢管再生混凝土短柱的轴压极限荷载,但掺量过大反而会使试件的核心再生混凝强度和轴压极限荷载下降。

保水剂粒径和膨胀剂掺量对水泥凝结时间的影响

钢管混凝土中使用的水泥需具有较长的凝结时间。本文在测得不同粒径保水剂的保水率后,通过改变膨胀剂的掺量和保水剂的粒径,得到了在添加0.6%柠檬酸缓凝剂和1.2%萘系减水剂情况下,达到水泥最佳凝结时间的膨胀剂掺量和保水剂粒径。试验结果还表明：当膨胀剂的掺量一定时,水泥的凝结时间随着保水剂粒径的改变而改变,当粒径为0.6～0.9 mm时最长;当保水剂粒径一定,膨胀剂掺量从4%升高至8%时,水泥的凝结时间也相应提高。

再生混凝土收缩补偿及其钢管混凝土轴压短柱试验研究

通过掺入不同掺量的膨胀剂对再生混凝土的干缩变形进行补偿,制成补偿收缩钢管再生混凝土,试验分析不同掺量的膨胀剂对于钢管再生混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:掺入适量的膨胀剂能够提高再生混凝土的强度和短柱轴压极限荷载,膨胀剂掺量过大则会降低再生混凝土的强度和短柱轴压极限荷载;补偿收缩钢管再生混凝土短柱的钢管与再生混凝土之间相互作用的产生要早于未经收缩补偿钢管再生混凝土;补偿收缩钢管再生混凝土与未经收缩补偿钢管再生混凝土的变形性能较为相似。

低强度等级自密实钢管混凝土膨胀剂的研究及其应用

利用石灰石、石膏、铝矾土、方镁石制备C_4A_3S-CaO-MgO多组分复合膨胀剂,研究C_4A_3S-Ca O体系中不同配合比、SA(硫铝比)对水泥净浆凝结时间、胶砂强度、限制膨胀率的影响;MgO体系中不同煅烧温度对水泥试样限制膨胀率的影响。借助XRD、SEM测试手段,从微观对水泥体系中的水化产物、晶体形态进行分析。结果表明,C_4A_3S-Ca O-M g O多组分复合膨胀剂早期膨胀速率快,膨胀稳定期长,能补偿后期膨胀不足,28 d仍显示为微膨胀。并利用其制备出C30自密实微膨胀钢管桩基混凝土,成功应用于武汉阳逻港深水薄壁大直径钢管桩中。

自密实薄壁钢管混凝土叠加理论试验研究

采用不同原材料调整混凝土强度、表观密度及体积稳定性,配制普通自密实混凝土(PT)、添加膨胀剂自密实混凝土(EPT)、自密实轻集料混凝土(LC)、添加膨胀剂自密实轻集料混凝土(ELC),通过试验研究和采用ANSYS有限元分析,建立方形钢管混凝土轴心荷载模型,研究薄壁方形钢管自密实混凝土与钢管复合叠加应力应变规律。

膨胀剂对自密实钢管核心混凝土变形的影响

为满足工程中钢管混凝土施工技术和经济效益的需要,将绿色高性能的自密实混凝土取代普通混凝土应用到钢管混凝土中。钢管中核心混凝土的收缩关系到整体的受力性能,为研究钢管混凝土中核心混凝土的收缩特性,制作了8个圆钢管自密实混凝土试件来进行收缩试验,探讨分析了膨胀剂掺量对试件收缩的影响。研究结果表明：钢管自密实混凝土中核心混凝土的收缩变形要远小于普通混凝土的收缩变形;掺入膨胀剂可以减小钢管混凝土的早期纵横向变形;适量掺入膨胀剂可以减小核心混凝土的收缩变形和钢管壁的环向变形,但过量掺入膨胀剂会增大钢管壁的环向膨胀率;对于钢管自密实混凝土,膨胀剂的最佳掺量在5%~10%之间,而膨胀剂的掺入量与收缩之间的关系十分敏感,建议实际应用中最佳掺量尽量精确到1%。

膨胀剂对钢管混凝土瞬时变形和徐变的影响

钢管混凝土中掺入膨胀剂可以补偿核心混凝土的收缩,防止钢管和混凝土脱粘,并且产生一定的膨胀初应力,从而改善钢管混凝土的受力性能。为了考察膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压变形的影响,本文以膨胀剂掺量分别为0,4%,8%的钢管混凝土短柱为研究对象,对钢管混凝土在轴压下的瞬时变形和徐变进行了试验研究。结果表明:膨胀剂会改善钢管混凝土的力学性能,随着膨胀剂掺量的提高,钢管混凝土在轴压下的瞬时变形和徐变相应减小。

膨胀剂对钢管混凝土徐变及其内力重分布的影响

为了研究膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压徐变及其内力重分布的影响,进行了膨胀剂掺量分别为4%、8%、12%三种情况下的钢管混凝土徐变变形试验,测试钢管混凝土纵向变形随时间的分布规律。通过变形协调条件和轴向平衡方程,对试验数据进行计算分析,获得不同膨胀剂掺量下钢管混凝土内力重分布随时间变化的大致趋势。研究表明:钢管混凝土徐变随膨胀剂掺量的增加而减小,膨胀剂掺量较高的核心混凝土卸载程度较低。通过核心混凝土气孔结构分析,发现膨胀剂掺量的提高使得核心混凝土变得更加密实,从而减小了钢管混凝土的徐变及其内力重分布。

南京五桥钢壳微膨胀混凝土配制技术及变形性能研究

在初步确定胶材用量、水胶比、砂率、碎石级配等参数的基础上,通过调整掺合料及膨胀剂掺量,优选出最佳配比,并在最佳配合比的基础上,进一步研究膨胀剂掺量对混凝土变形性能的影响。结果表明:当膨胀剂掺量为4%时,混凝土自身的化学减缩和干燥收缩与膨胀剂产生的膨胀作用相当,钢壳混凝土才具有补偿收缩和微膨胀效应;当膨胀剂掺量过高(大于8%)时,混凝土强度明显降低。以硫铝酸盐、硫酸盐及氧化钙复合为主的膨胀剂其膨胀势主要来源于水化后产生了针棒状的钙矾石和定向排列的氢氧化钙晶体,其水化产物能可以填充混凝土内部因水化引起的孔隙,能一定程度地改善混凝土内部的孔隙结构。

轻骨料钢管混凝土自应力的试验研究

通过对3组9根自应力轻骨料钢管混凝土柱的自应力进行研究,在养护期间测试钢管混凝土柱表面的应变,分析了膨胀剂掺量及含钢率等对试件自应力的影响。试验结果表明:随着膨胀剂掺量的增加混凝土强度降低,但钢管对混凝土的约束使混凝土三轴受压产生自应力。随着膨胀剂掺量的增大,钢管表面的应变增大,膨胀剂掺量不同,应变变化趋势区别明显;随着含钢率的增大,约束逐渐增强,膨胀应变增加,通过测量钢管表面的应变经计算确定钢管及核心混凝土的初始自应力,混凝土自应力值为3～4 MPa。

膨胀剂掺量及套箍系数对钢管混凝土轴压柱承载力的影响

通过18根外径分别为219 mm和273 mm试件的轴压试验及227根试件的有限元模拟分析,探讨了膨胀剂掺量及套箍系数对试件承载力的影响。结果表明:添加膨胀剂后,初始紧箍力增大,钢管和混凝土迅速进入协同工作状态,有效提高了钢管混凝土的承载力;膨胀剂掺量过大会导致钢管混凝土的横向应力增加,承载力降低;当膨胀剂掺量为5%时,屈服承载力和极限承载力的提高幅度最大,分别为11.9%和49.85%;添加膨胀剂的钢管混凝土柱承载力及延性随着套箍系数的增加而提高;提出的承载力计算公式可满足工程实际应用。