通过对基于不同长细比的圆钢管混凝土短柱的受压力学试验,对其破坏现象及机理进行了分析;探讨了长细比对该类构件力学性能的影响规律,同时分析了该类构件中钢管对核心混凝土的约束作用。建立三维精细有限元模型,比较分析了数值模拟结果和试验结果,并确定了钢管及混凝土的破坏准则和其本构关系的合理性,从而为该类构件的设计提供了可靠的理论依据。

万鑫大厦钢管混凝土结构由40根钢管组成,高约65.5 m,按楼层进行分段。针对该工程钢管混凝土结构建筑物高、混凝土泵送难及施工中容易出现堵管、爆管和混凝土养护等特点,重点介绍了克服难点所采取的技术措施及施工方案。

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。

基于劲性环梁式钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的低周往复荷载试验及ABAQUS有限元数值模拟结果,分析了节点试件的滞回特性,通过对有限元计算结果进行回归分析,考虑刚度退化的影响,提出了劲性环梁式钢管混凝土节点的三折线恢复力模型,该恢复力模型包括骨架曲线模型和具有刚度退化规律的滞回规则。最后将所提出的恢复力模型和试验所得曲线进行比较,结果符合较好。建立的恢复力模型可用于劲性环梁式钢管混凝土框架节点的弹塑性分析。

针对钢管混凝土的徐变特性,对比分析了几种混凝土徐变模式在计算钢管混凝土徐变效应时的精度。结果表明,B3模式计算结果与试验结果吻合度最好,且考虑的因素最为全面,可用于钢管混凝土构件的徐变计算。

针对混凝土强度对钢管混凝土受压短柱刚度的影响,进行了试验研究。结果表明,随着混凝土强度的增高,混凝土弹性模量的增大,构件的竖向和抗弯刚度均增大。混凝土强度对钢管混凝土受压短柱刚度的影响程度为:轴压构件>小偏压构件>大偏压构件。

为探究钢管混凝土短柱的收缩变形并补偿收缩,进行了2个钢管混凝土短柱收缩试验和5个不同膨胀剂掺量收缩补偿试验研究。试验结果表明,普通钢管混凝土在密封状态下,早期发生膨胀,之后由于水化收缩、徐变收缩及温度收缩等使混凝土发生收缩现象;径向收缩的影响会使钢管对混凝土的紧箍力推迟产生,影响钢管混凝土的力学性能;膨胀剂掺量为12%时,能够完全补偿混凝土的收缩,使核心混凝土与钢管壁紧密结合,且承载力高、变形小,为最佳掺量。

钢管自密实混凝土很好地将自密实混凝土优异的施工性能应用到钢管混凝土中,有利于解决钢管混凝土中灌注工艺和振捣工艺的施工难点。本文根据具体工程要求,利用地方材料配制出C60钢管自密实混凝土并应用于超高层建筑中,工程使用情况良好。由于现有混凝土限制膨胀率的检测与实体差别较大,本文采用小钢桶模拟实体检测钢管自密实混凝土的自收缩,较好地反映了实体中混凝土的自收缩情况,且通过小钢桶拆开观察可以侧面反映混凝土与钢管壁的黏接情况。

通过大批量的试配以及在生产过程中对混凝土配合比的实时调整,实现了南京世界贸易中心C60自密实钢管柱顶升混凝土工程的顺利施工。在生产过程中不断调整胶凝材料用量、碎石级配及圆整度;同时检测混凝土在出机、入泵及出泵时的工作性能以及振捣方式对混凝土试块强度的影响。工程实践表明,出泵时混凝土工作性能满足施工要求,振捣方式对自密实混凝土的强度影响较小。

Y型巨柱斜撑高位转换结构是一种较为复杂的钢管混凝土结构体系,基于此类结构内部带有多层加劲肋板的封闭钢管混凝土结构具有操作空间狭小,浇筑工艺困难、内部空气难以排除、混凝土成型质量不易控制的特点。本文结合西宁某工程实践,提出了一种Y型巨柱斜撑高位转换体系中高位封闭斜撑钢管自密实混凝土的泵送顶升施工技术。