轴向压缩性能和超声波测试Multicavity钢管混凝土剪力墙在轴向载荷

文摘

在这项研究中,multicavity力学性能的钢管混凝土(钢管混凝土剪力墙轴压荷载作用下通过实验研究,数值和理论方法。此外,超声波测试是用来评估核心混凝土的累积损伤。两个标本是专为轴向压缩试验来研究混凝土强度的影响,钢比multicavity钢管混凝土剪力墙的力学行为。此外,三维(3 d)建立有限元模型参数研究探讨multicavity钢管和核心混凝土之间的复合效应。基于有限元模拟和极限平衡理论,提出了一种实用的公式计算的轴向抗压承载力multicavity钢管混凝土剪力墙,和相应的计算结果发现是在良好的协议与实验结果。这表明该公式可以作为工程应用参考。此外,超声波测试结果显示,核心混凝土轴向载荷下的破坏过程可分为三个阶段:初始裂缝的扩展(弹性阶段),由于箍筋压实效果(弹塑性阶段),和整体失败的混凝土(破坏阶段)。

1。介绍

高层建筑的快速发展,核心筒组合结构已成为一种新的复合结构在建筑业。这种结构通常是用来装配梁,板,柱,墙等等。核心筒混合结构可以充分利用钢管和自密实混凝土的力学性能。封闭钢管对核心混凝土的混凝土在三维(3 d)应力状态,大大提高了强度、韧性和塑性混凝土的属性。进一步,由于混凝土在钢管内部,可以延缓或防止过早外层钢管局部屈曲。钢管和混凝土不仅弥补彼此的缺点,而且充分发挥彼此的优势。因此,该复合结构承载力高,可塑性好,方便建筑属性(1- - - - - -7]。

在过去的几十年里,一些研究主要集中在单穴钢管混凝土剪力墙(钢管)。例如,刘和年轻8)的整体几何缺陷和材料特性研究方钢管混凝土轴压下。Chang et al。9)和Starnes et al。10]研究圆钢管的性能和缺陷在轴向压缩载荷。陈(11和刘et al。12)建议用圆形截面钢管有很强的箍效应,及其承载力高在轴向压力下。箍效应时可以充分反映用于轴向压缩成员或小有偏见的成员。方进行了一系列的实验研究钢管的力学性能,包括轴向压缩(13,14,弯曲15),轴向拉力16),局部张力(拉伸剪切)17),和抗震性能18]。结果表明,高强混凝土剪力墙的加固钢管有效改善高强混凝土的脆性。剪力墙等表现出更高的容量比普通剪力墙轴压和后仍有较高的残余承载力外的混凝土柱管被毁。单调水平荷载的作用下,横向刚度和抗弯承载力提高,刚度和承载能力逐渐退化。伪静态的(低循环往复水平荷载)测试表明,剪力墙保留良好的延性在高轴压比(0.7)。此外,侯赛因et al。19,20.)和Rafiei et al。21,22)实验研究了钢筋混凝土板复合剪力墙的性能与一双拉伸连接器的作用下往复滞后和单向推倒负载。结果表明,拉伸连接器的存在进一步提高组件的延性和能量消耗能力,预防过早异形钢板的屈曲。然而,最后的失效模式标本还是部分直对角张力的作用下乐队,导致丧失承载力的标本。Zhang et al。23)检查厚厚的水泥复合剪力墙的开裂机理及其控制措施。结果表明,钢板剪力墙结构的pre-expanded前的钢板混凝土最后凝固。钢板的收缩逐渐防止有害裂缝。马等。24)提出了一个有效的钢筋混凝土板的刚度计算公式组合剪力墙在正常使用。氮化镓et al。25和Zhang et al。26]研究了16个sheet-concrete复合剪力墙的抗震性能与不同height-width比率,轴向压缩比、钢钢板的比例和结构措施。结果表明,螺栓焊接在钢板有效加强钢板和混凝土之间的粘结性能,有利于提高变形能力、延性和能量消耗的组件。李等人。27调查短的轴向抗压性能,方钢管混凝土柱与不同腔数量和不同比例的内外壁厚。结果表明,内腔板的变形性能改善样品,和样品的内外壁厚比1.5比1和2.5的厚度比。王等人。28]研究了轴向压缩比的影响,混凝土强度,钢板厚度multicavity钢管混凝土剪力墙的弯曲性能通过实验和有限元模拟。结果表明,钢板厚度有最强的对剪力墙的弯曲性能的影响。王等人。29日]研究了l型和t形截面的钢管混凝土柱的轴压性能通过实验和有限元模拟。建立了有限元分析(FEA)模型研究钢管厚度的影响,混凝土强度、钢材屈服强度和长细比。此外,建立了一个公式来计算轴向压缩强度和稳定承载力的L / T-CFST列,可为实际工程应用提供参考。刘等人。30.]研究了静态切口六角轴向荷载作用下钢管混凝土柱的性能。结果表明,钢管的切口削弱了抑制钢管对核心混凝土的影响,导致降低极限强度的标本。阴et al。31日,32]研究了异形multicavity钢管混凝土柱的力学性能在往复轴向载荷和不同加载方向。结果表明,如果内部隔膜和混凝土之间的相互作用被忽视,然后计算极限承载力小于试验值。因此,有必要建立一个有效的方法计算异形multicavity钢管混凝土柱的承载力。陈等人。33,34]研究了钢管混凝土和钢筋的损伤状态通过超声检测钢管混凝土在轴向载荷。结果表明,损伤状态下的钢管和钢筋钢管核心混凝土轴向载荷变化在一个三级和五级模式中,分别。董et al。35,36]研究了矩形和圆形钢管混凝土柱的气蚀缺陷与自密实混凝土使用超声波。结果表明,超声检测方法用于检测钢管的缺陷,和一个更精确的方法来判断缺陷的声速和一个有效的方法来处理缺陷提出了。

上述研究表明,核心筒复合结构具有良好的承载力和抗震性能。然而,multicavity钢管混凝土剪力墙的研究仍处于起步阶段。特别是,内联multicavity钢管的机械性能与自密实混凝土剪力墙已经很少在现有文献调查。multicavity钢管剪力墙与钢筋混凝土剪力墙的破坏机理和力学性能有明显差异。如果一个实际的工程结构设计根据钢筋混凝土剪力墙,可以保守的计算结果。虽然钢筋混凝土板剪力墙的工作机制和multicavity钢管剪力墙很相似,他们的建筑形式和横断面尺寸是不同的。是不可能直接计算multicavity钢管剪切力的相关理论的基础上钢铁混凝土板剪力墙。因此,有必要系统地检查的破坏机理和力学性能multicavity钢管自密实混凝土剪力墙和建立相关理论模型和设计方法,这是本研究的目标。基于Hongxinyuan城市棚户区改造项目的红光,中国,multicavity钢管混凝土剪力墙的力学性能通过实验,研究了轴向压缩载荷作用下有限元分析、理论分析、超声波测试。研究结果可以为工程设计提供有用的指导。

2。实验方法

2.1。材料特性

测试中使用的multicavity钢管的屈服强度235 MPa和公称厚度2毫米。根据金属材料拉伸试验的规定,钢管承受单向拉伸试验。测量钢力学性能如表所示1。钢管的充满了C40自密实混凝土中粉煤灰和硅灰补充道。李等人。37]和Golewski [38,39]表明,添加粉煤灰在自密实混凝土不仅可以增加其流动性能而且还保护环境和节约能源。基于材料测试,获得的最佳混合比例的自密实混凝土(37]。混凝土的强度棱镜为38.17 MPa。

2.2。样本设计

两个串联multicavity钢管混凝土剪力墙试件的设计进行轴向压缩试验。图1显示了剪力墙试件的横截面示意图。这些标本的设计参数表中列出2。

2.3。加载系统

首先,仪器校准。其次,在正式的测试,根据“混凝土结构的测试方法标准(GB / T 50152 - 2012),“在弹性阶段,估计1/10的负载应用在每一个阶段。后钢板的受压面积达到屈服应变,预计1/20的承载力是随着负载的每个阶段,保持1分钟。测试负载达到峰值负载时,连续加载过程减慢。最后,当负载低于75%的高峰负荷,剪力墙被认为是打破和加载是停了下来。加载系统如图2。

3所示。轴向压缩试验和结果

3.1。测试ya4 - 600

图3显示的故障图ya4 - 600标本。直到负载增加到448.7 kN(70%的峰值负载),样品没有明显的变化。当负载增加到576.09 kN(90%的峰值负载),膨胀的现象发生在近50毫米从顶部的高度,但其他部分不显示明显的凸出,如图3(一个)。这是由于加劲肋的存在,导致应力集中在钢板和钢板扣其他部分之前。然而,随着负载的增加,翘曲变形不逐渐增加,这表明翘曲变形对整体剪力墙有轻微影响。当负载增加到641.09 kN(峰值负载),网络的中心开始显示膨胀现象,如图3 (b)随着荷载继续增加,膨胀的现象越来越明显。随后,负载逐渐减少,而位移继续增加,并最终趋于稳定的负载。在这里,认为剪力墙坏了,和停止加载。最后,multicavity钢管剪力墙多波屈曲展品失败。从图可以看出3 (b)剪力墙试件的破坏主要集中在200 - 300毫米,多波钢板的屈曲失败是最终毁灭。

3.2。测试ya5 - 600

图4显示的故障图ya5 - 600标本。当负载增加到553.21 kN(70%的峰值负载),样品没有明显变化。当负载增加到711.26 kN(90%的峰值负载),50 mm从顶部附近发生膨胀现象,但没有明显的凸出在其他部分,如图4(一)。这也是由于加劲肋的存在,导致应力集中在钢板和钢板弯曲其他部分之前。然而,随着荷载继续增加,翘曲变形不逐渐增加,这表明这一点的翘曲变形对整个剪力墙的影响可忽略不计。当负载增加到790.30 kN(峰值负载),钢管外的银粉开始脱落,和膨胀现象开始出现在网页的中间,如图4 (b)。随着荷载的增加,膨胀变得更加明显。此外,负载逐渐减少,而位移继续增加,负载最后趋于稳定。在这里,剪力墙被认为是破坏,和停止加载。最后,multicavity钢管多波屈曲剪力墙显示失败。如图4 (b),剪力墙试件的失败主要是集中在300毫米远离顶部。多波屈曲的钢板的弯曲屈曲失败,如图4 (c)。

3.3。轴向载荷和应变之间的关系

multicavity钢管混凝土的轴向载荷和纵向应变曲线可以直接反映钢管的力学行为。应变仪可以用来衡量剪力墙试件的局部变形,精度高,但测量范围是有限的。虽然容积式流量计具有测量范围大,测量精度是不好的。因此,应变仪可以提供一个相对准确的测量试样的变形处于弹性阶段时开始装货。随着荷载继续增加,样品进入塑性阶段,应变仪再也不能准确反映剪力墙试件的纵向变形。平均纵向变形在这个阶段通过使用位移计。最后,multicavity的轴向载荷与应变曲线钢管混凝土剪力墙,如图所示5。很明显,内联multicavity钢管混凝土剪力墙的承载力标本641.10 kN (ya4 - 600)和790.29 kN (ya5 - 600)。

4所示。有限元模型的建立和分析

4.1。有限元模型的建立

建立模型,假设钢是各向同性的。五级本构模型在单向加载应力-应变关系是用于钢。这个模型显示在图6和方程中提供的相关表达式(1)。获得的应力-应变关系模型分解分析方法用于混凝土: 在哪里ε_e= 0.8f_y/E_年代,ε_e1= 1.5ε_e,ε_e2= 10ε₁,ε_e3= 100ε₁,一个= 0.2f_y/ (ε_e1- - - - - -ε_e2)²,B=2Aε_e1,C= 0.8f_y+Aε_e1- - - - - -Bε_e。

混凝土的应力-应变关系方程所示(2)。这个方程有效地反映了密闭效应下的钢管混凝土轴压: 在哪里

在这里,f_铜的抗压强度是混凝土立方体(MPa),f_ck混凝土轴心抗压强度的标准值(MPa),ξ是具体的高度相对于压缩区,ε₀箍混凝土的应变,f_y是钢的屈服强度(MPa),一个_年代强化区域(毫米吗²),一个_c混凝土的横截面积(毫米吗²)。

三维实体元素与8-node C3D8R六面体的线性减少积分格式采用钢管混凝土,和S4R壳单元与节点减少积分格式用于钢管。之间的界面接触multicavity钢管自密实混凝土是视为地对地联系基于ABAQUS有限元软件,包括粘结滑移界面的切向方向和联系在正常的方向。切线方向的摩擦模型的接口是基于库仑摩擦模型的建模。主要参数包括临界剪切应力τ_债券和摩擦系数μ。

“硬接触”被选中作为接触类型法线方向的钢管和混凝土之间的界面。接触表面之间的任何压力可以传播到内表面,但张力不能传播。当接触表面之间的压力为零,他们可以被分离。multicavity钢管混凝土剪力墙的有限元模型如图7。

在轴向压缩试验,以确保有效的转移负荷,避免接触表面之间的错位,内部混凝土和钢板由“领带,”和有界shell-to-solid耦合约束被认为是multicavity钢管和钢板。标本的处理和运输期间,多室钢管的表面可以有一些初始缺陷,如局部屈曲或抑郁,这可能引起局部屈曲的钢板在轴向压缩,从而减少试件的承载力。为了确保ABAQUS-based有限元计算的准确性,有必要考虑初始缺陷模型,即。,thefirst-order buckling mode under the same boundary conditions, and then first-order buckling mode deformation is applied to the model according to 1/1000 of the overall height.

4.2。对比有限元分析结果和试验结果

在这项研究中,所有的剪力墙标本通过有限元法进行了分析。比较所获得的载荷与应变曲线采用有限元分析和实验测试如图8。

很明显从图8有限元分析结果与实验结果有很好的一致性,证明了三维非线性有限元模型建立在本文中可以有效地模拟multicavity的轴向压缩试验钢管自密实混凝土剪力墙。

4.3。轴向压缩行为

根据有限元分析和实验结果,轴向压缩行为multicavity钢管自密实混凝土剪力墙的可以分为三个阶段:弹性阶段(OA)、(OB)、弹塑性阶段和破坏阶段(BC)。这里,ya4 - 600样品被认为是一个例子来说明这些阶段。负载与纵向应变曲线和变形发展的样本数据所示9和10分别为:(1)弹性(OA)阶段:这个阶段的荷载位移曲线几乎是线性的压力钢管达到比例限制。在这个阶段,由于不同的泊松比µ_年代混凝土与钢筋的,钢管的横向变形能力大于混凝土。钢管和混凝土轴向压缩独立,不一起工作。在这里,成员的承载力等于负荷能力的简单叠加的内置混凝土和钢管包。没有膨胀的钢板上,如图10 ()。(2)弹塑性阶段(AB):钢管进入弹塑性工作阶段。因为钢的弹性模量(E_年代)在这个阶段持续减小,混凝土的弹性模量没有显著变化,导致轴向力分布的比例在钢管和核心混凝土之间不断变化。混凝土的力增加,而在钢管减少。当核心混凝土的泊松比超过钢管,钢管和混凝土之间的交互开始产生紧缩的力量p。此时,钢管和混凝土三维应力状态,和屈曲现象更明显的成员网络的中间鼓,如图10 (b)。(3)失败(BC)阶段:在这个阶段,负载随纵向应变的增加而减小。由于混凝土的快速扩张,多波屈曲multicavity钢管表面的更明显,如图10 (c)。由于混凝土是制约multicavity钢管、负载和纵向应变曲线逐渐减少在这个阶段,表明自密实混凝土剪力墙的内联multicavity钢管具有良好的延性。

数据11- - - - - -13显示每个特征点的位置的高度H / 2钢管腔,中心点的应力-应变关系曲线的web剪力墙试件的应力-应变关系曲线的中心点中产剪力墙试件的内部分隔符,分别。

很明显从图12的有限元结果的外点网络与试验结果有很好的一致性。在加载初期,剪力墙试件在弹性阶段,和内部和外部表面应力的multicavity钢管几乎是一致的,表明网络是在轴向变形阶段。在这个阶段,数字13表明,纵向应力和•冯•米塞斯应力在中间的中点剪力墙试件的内部分隔符与应变线性增加。当它到达点在图9,纵向应变近1100人με,压力是不同的内外表面上的中点。压力钢管的外墙上开始大于钢管里面的墙上,表明本地web启动的弯曲变形。此外,从图可以看出13当纵向应变是大约1100με,环向应力开始出现在内部的中点分离器;纵向应力达到峰值点,·冯·米塞斯应力钢的内部分隔符的中点到达屈服强度f_y= 235 MPa。此外,随着纵向应变的增加,钢管环向应力的增加明显,纵向应力降低。这表明混凝土的横向变形已开始超过钢管。限制与multicavity钢管混凝土的横向变形,钢管对混凝土的约束效应显著增加,导致大量增加钢管的环向应力。钢铁产量之后,它遵守·冯·米塞斯屈服准则,·冯·米塞斯应力钢管的纵向应变的增加略有增加。因此,随着圆周压力钢管的继续增加,multicavity钢管的纵向应力降低。

图14显示了混凝土纵向应力分布的云图当multicavity钢管混凝土剪力墙达到峰值负荷(631.06 kN),和特征点标记为黑点。图15显示了每个点的纵向应力与应变曲线的混凝土。从数据可以得出结论14和15应力水平是最高的在角落点multicavity钢管混凝土剪力墙,这表明multicavity钢管的约束作用在街角点是最强的,纵向应力是近66 MPa。网络的中间压力水平是最低的,只有∼25 MPa。单腔和点的中心点两边的内部分隔符也极大地限制了钢管,和纵向应力几乎是43 MPa。根据multicavity钢管混凝土剪力墙的力学机制,其轴向压缩机制类似于矩形钢管,但具体的两岸的multicavity钢管也被限制在钢管由于内部分隔符的存在。

根据有限元方法,使用有限元分析软件进行参数分析。multicavity钢管混凝土剪力墙的承载力下轴向压缩载荷,如图16。

考虑Q235-C40-2为例。在这里,Q235表明,钢的屈服强度235 MPa;C40意味着混凝土的抗压强度是40 MPa;2表明,钢板的厚度是2毫米。

5。承载力计算公式

根据(40的平均值),纵向压应力比钢管的屈服强度是表示如下: 在哪里σ_L,年代钢管的纵向压应力和f_年代是钢管的屈服强度。

根据·冯·米塞斯屈服准则,它可以获得 在哪里σ_θ,年代的平均值是横向压力钢管时拉。

根据有限元分析有限元分析结果,钢筋和无钢筋的地区的范围可以从云图获得的multicavity自密实混凝土剪力墙在图17。multicavity钢管主要抑制混凝土的四个角和中心。封闭区域的半径是0.2 b (b是单腔的边长multicavity钢管)。计算图如图18。

multicavity钢管分为列和网络。最后列,无钢筋的钢筋混凝土领域由方程(6)和(7),分别。 在哪里一个_c1,维是具体的无钢筋的面积;一个_c2,维混凝土的钢筋面积;和一个_c是具体的区域。

混凝土的侧压力的无钢筋的面积是被忽视的。根据极限平衡理论,横向约束力σ_r、c混凝土的钢筋面积和横向力σ_{(r, s)}钢管的平衡。钢管的横向应力之间的关系并给出钢筋混凝土的侧压力如下:

根据上述分析,在无钢筋的地区,混凝土的轴向抗压强度约等于轴向抗压强度f_c素混凝土。在钢筋面积,因为混凝土受到钢管的约束,显著提高混凝土的轴向抗压强度。这个改进可以表达的公式(9)。承载力N_u组件包括轴向载荷的能力N_d最后列和轴向载荷的能力N_f网络的,见公式(10)。

在这里,σ_{L, c}是钢管混凝土的轴向抗压强度的钢筋面积和k是横向压缩系数,它被认为是根据(3.441]。

最后列的轴向抗压承载力是由三部分组成:轴向抗压承载力f_{c, d}一个_c1,维无钢筋的面积,混凝土的轴向抗压承载力σ_{L, c, d}一个_c2,维钢筋混凝土的区域和轴压承载力σ_{L s d}一个_年代,维multicavity钢管,如方程所示(11)。 重组上面的方程,它可以获得

上述方程可以用来计算常见的两列,承载力简化计算,一边是包含在web计算。

网络的轴向抗压承载力是由三部分组成:轴向抗压承载力f_c、f一个_{c1, f}无钢筋的面积,混凝土的轴向抗压承载力σ_L、c、f一个_{c2, f}钢筋混凝土的区域和轴压承载力σ_{L s f}一个_年代,fmulticavity钢管,如方程所示(13)。 简化上面的方程,得到

上述方程可以用来计算网络的承载能力。

使用方程(12)和(14),承载力N_u可以得到如下: 在哪里n是蛀牙的数量。

根据上面的方程,计算值大于试验值几乎是15%,这可能是由于这一事实的初始缺陷multicavity钢管计算中不考虑。multicavity钢管的加工和运输期间标本,手工切割、焊接错误,和碰撞会引起不规则变形的钢管,这可能引入一些初始缺陷,和偏见在加载过程中发生。因此,剪力墙试件的承载力降低。第二个原因是钢管焊缝的影响没有考虑。第三个原因是样本大小的限制。试样的形状复杂,会影响自密实混凝土的密实度在某种程度上。因此,引入校正因子为0.85,见方程(16)。

最后对比计算和有限元分析的结果如表所示3。

从表可以看出3,有限元仿真结果与计算结果有很好的一致性,证明了上述方程可以作为实际工程的技术参考。

6。钢管的超声波测试的破坏条件

在钢管核心混凝土的累积伤害不可避免地导致轴向荷载作用下裂缝的发展,混凝土裂缝能吸收和消散超声波能量。当超声波通过这些缺陷,减毒,导致减少波速度。因此,超声波技术可用于检测钢管混凝土轴向载荷作用下的破坏状态。

6.1。测试设备

2000 kN的新闻被用于这个测试,和部分中描述的加载方法2.3。混凝土的超声波测试是进行NM-4A非金属超声检测分析仪(Koncrete公司,北京)。

超声波探测器的平面传感器固定在钢管的中心架。平面换能器之间保持密切接触和钢管的表面,表面中心的钢管是抛光,均匀涂上凡士林。

6.2。加载步骤

测试的具体步骤如下:(1)试样是放在工作区域媒体的调试和定心。(2)飞机传感器被固定在试样的中心架,并连接到超声波探测器。(3)标本被加载。检查仪器是否正常工作,然后标本被卸载。(4)的数据收集在一个加载间隔50 kN,和明显的变形的标本被记录。

6.3。轴向载荷和最大振幅之间的关系

之间的关系最大振幅值的波形标本ya4 - 600和ya5 - 600和轴向载荷如图19。

很明显从图19,0 - 150 kN,轴向载荷时的最大振幅ya4 - 600标本展览一个缓慢下降的趋势,表明裂纹扩张的核心混凝土在钢管内并不明显。轴向载荷时150 - 450 kN(0.7∼ν)的最大振幅ya4 - 600会显著减少,这意味着更多的混凝土裂缝发展迅速。轴向载荷时450 - 650 kN(∼ν)的最大振幅ya4 - 600标本显示了一个增加的趋势,这表明核心混凝土变得更加密集的在加载阶段。这是因为随着轴向压力的增加,混凝土的泊松比逐渐增加,超过钢管的泊松比。此时,钢管生成一个紧缩的力量p混凝土在轴向压力下,导致紧缩力钢管的三维应力状态,限制混凝土的内部裂纹的扩张,以及混凝土变得密集在轴向压力下。随着加载的继续,钢管的承载力逐渐降低,位移继续增加。650 - 700 kN,负载时的最大振幅明显下降,这表明钢管可以不再限制核心混凝土的开裂,和12个标本被摧毁。0 - 200 kN,轴向载荷时的最大振幅ya5 - 600标本不显著降低,这表明裂纹扩张的核心混凝土在钢管内并不明显。轴向载荷时150 - 450 kN(0.7∼ν)的最大振幅ya5 - 600样品会显著减少,这意味着更多的核心混凝土裂缝发展迅速。轴向载荷时550 - 800 kN(∼ν)的最大振幅ya5 - 600轴向载荷增加而增加,这表明核心混凝土变得更加密集的在加载阶段。800 - 850 kN,负载时的最大振幅明显下降,这表明钢管可以不再限制核心混凝土的开裂,和12个标本被摧毁。根据图19,核心混凝土的损伤状态下的轴向载荷变化一个三级模式,和钢管核心混凝土开始发挥约束作用时,负载ν几乎是0.7。

6.4。轴向载荷和波速度之间的关系

根据既定的事实,超声波绕过缺陷区域沿着最小路径和传播,这种波可用于检测钢管混凝土的内部损伤和裂纹扩展。一般来说,在钢铁和混凝土超声波的传播速度是4000 - 6000 m / s。当负载= 0时,超声波的传播速度和时间旅行通过标本如表所示4。

应用轴向载荷时,钢管内的裂缝逐渐发展,超声波的路径穿过钢管和混凝土的变化,这直接反映作为超声波速度和飞行时间的变化。在加载过程中,损害因素D介绍了评估损伤状态的标本。的初始值D的钢管被认为是0。损坏的因素D计算如下: 在哪里V₀通过钢管初始波速没有轴向载荷,什么时候V₁波速的损失通过后的钢管轴向载荷。

的计算值D如表所示5。

很明显从表5随着轴向载荷的增加,不断通过钢管的波速降低,破坏因素D不断增加。更大的破坏因素D,具有较强的裂缝发展和钢管内部的损伤更严重。

6.5。超声波频谱分析的标本

振幅谱的标本ya4 - 600和ya5 - 600人获得通过执行快速傅里叶变换测量声波。这些光谱如图20.和21。

从这些数字中很明显的频率谱图钢管混凝土表现出双峰结构,和相应的频率大约25 kHz和40 kHz。有两种主要途径超声波穿过钢管:一个是沿钢管外壁,另一个是沿着一条直线通过钢管wall-concrete-steel管壁。自传播频率的超声波在钢管混凝土小于第一和第二高峰代表超声波的传播在混凝土和钢管,分别。混凝土的损伤状态可以通过相对应的峰值振幅特征混凝土的主要频率。从数据可以看出20.和21,当轴向负荷是0,峰值振幅对应于混凝土的主要频率ya4 - 600和ya5 - 600标本272分贝和307分贝,分别。当轴向载荷0.3ν,这些振幅减少到234分贝和147分贝,分别。0.5ν轴向载荷时,它们进一步减少到153分贝和127分贝,分别。然而,当轴向载荷为0.7ν,分别为他们增加到246分贝和236分贝。当轴向载荷ν,峰值振幅进一步增加到263分贝和330分贝,分别。随着轴向荷载继续增加,钢管的承载力开始减少。当钢管的承载力下降到0.85ν,峰值振幅对应于混凝土的主要频率ya4 - 600和ya5 - 600标本减少到71 dB - 120,和12个标本被摧毁。该地区封闭的振幅谱图和横坐标轴代表超声波的能量。减少在该地区表明超声波的能量降低,能量耗散是增加。

7所示。结论

在这项研究中,内联multicavity钢管混凝土剪力墙的轴压性能进行了分析通过结合实验、有限元仿真和理论分析。主要研究结果总结如下:(1)multicavity钢管的轴向抗压测试与自密实混凝土剪力墙显示没有明显的法律的局部屈曲钢板在轴向载荷下,和最终的破坏模式是体现多波钢板的屈曲和崩溃的核心混凝土。在加载初期,剪力墙试件在弹性工作阶段,混凝土和钢管独立工作几乎没有协同作用。随着轴向压缩载荷的增加,剪力墙进入弹塑性阶段。当钢管的泊松比超过钢管,钢管产生紧缩的力量p在混凝土上。此时,钢管和混凝土的三维应力状态。当钢管屈服时,钢管对混凝土的约束效应更显著。进一步扩张的钢管混凝土的限制区域,这种剪力墙表现出很大的承载力和良好的延性,即使其变形大。(2)已建立的有限元模型可以很好地模拟的轴向压力性能multicavity钢管自密实钢管混凝土剪力墙。(3)基于参数分析、计算公式multicavity钢管自密实钢管混凝土的承载力提出了剪力墙,和相应的结果是在良好的协议与有限元分析和测试结果。这表明该公式可以作为一个可靠的参考设计的轴向压缩成员在线multicavity钢管混凝土剪力墙。(4)multicavity钢管混凝土剪力墙的力学机理进行了分析,表明其轴向压缩机制是类似于一个矩形钢管,但具体的两岸的multicavity钢管钢管由于有限的存在内在的分离器。压力是最大的转折点multicavity钢管混凝土剪力墙,纵向应力的近66 MPa。应力水平是最低(∼25 MPa)中间的网络。(5)超声波可以有效地用于检测的损伤状态下钢管混凝土轴向载荷。超声波频率谱图直观地反映了钢管的箍效应以及核心混凝土的开裂和失败状态。(6)超声检测结果表明钢管混凝土轴向载荷下的损伤状态变化在三个阶段特征。轴向载荷时近0.7ν,钢管核心混凝土开始施加限制。

数据可用性

生成的数据集和分析在当前研究可从相应的作者在合理的请求。

信息披露

张洪波李和Pengfei燕co-first作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

h·l . p . y .挂牌交易最初的想法和设计实验。h . s .分析数据。j.y.写道。张洪波李和Pengfei燕了同样的工作。

确认

这项研究是由一般项目的研发计划在宁夏回族自治区(2020 bde03005),一流的大学学科建设的融资项目在宁夏(国内一流学科建设)授予NXYLXK2017A03,的“长江学者和创新团队发展计划”创新团队教育部(IRT1067)和中国国家自然科学基金(52069025)。

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