RU-RC组合跨海桥墩受力机理与设计方法研究

A new composite column (RU-RC composite column) is proposed, which is made of reinforced ultra-high performance concrete (RU) cylindrical pipe and reinforced concrete (RC) core. RU pipe is not only the construction formwork without dismantled for composite columns, but also applied as the protective coating and structural layer of columns. Due to the ultra-high strength, good durability and confining efficiency of the UHPC cylindrical pipe, the new composite column can fully utilize the potential of UHPC. RU-RC composite column has the advantages of composite action, construction ease, and greater sustainability. RU-RC is particularly suited for the piers of sea-crossing bridges. Through experimental tests, numerical analysis and theoretical modeling of interfacial properties between RU and RC, RU cylindrical pipes, and RU-RC composite columns as proposed in this project, the details of composite action, cracking mechanisms, and failure modes of RU-RC composite column will be revealed. Finally the simplified calculation methods of the first cracking and ultimate load for RU-RC composite column will be proposed, and the suitable configuration will be discussed. During the study in this project, the integration of theoretical understanding and practical application of RU-RC composite column will be explored. By combining the interfacial properties between RU and RC, the superior mechanical performance of RU cylindrical pipe and the global structural behavior of RU-RC composite column, as well as considering limit state and service state design requirements, the fundamental design theory of RU-RC composite column will be established. The research outcomes will contribute to the development of UHPC materials and their structural applications, and the advancements of the science and technology of composite structure.

由钢筋超高性能混凝土（RU）圆管与钢筋（普通）混凝土（RC）芯柱组成的RU-RC柱是一种新型组合结构。RU圆管既是施工中免拆除的模板，又是组合柱的保护层和结构层，可充分发挥超高性能混凝土（UHPC）的超高强度与良好耐久性，为RC芯柱提供紧箍力，提高组合材料使用效率。组合柱具有受力性能好、耐久性高、施工方便等优点，在跨海大桥桥墩中具有良好的应用前景。本项目通过模型试验、数值计算和理论分析相结合的研究手段，开展RU圆管受力性能、UHPC与核心混凝土之间界面性能、RU-RC组合柱受力性能与设计方法研究，探明组合柱协同工作机理、破坏模式和开裂失效机制，提出极限荷载与开裂荷载计算公式，探讨合理构造措施。研究抓住新型组合结构理论基础和实际应用的关键问题，将局部构件、界面和整体结构的研究相结合，将承载力极限状态与使用极限状态相结合，建立组合柱设计计算理论，为推动UHPC材料和组合结构的科技进步做出贡献。

由钢筋超高性能混凝土（RU）圆管与钢筋（普通）混凝土（RC）芯柱组成的RU-RC柱是一种新型组合结构，具有受力性能好、耐久性高、施工方便等优点，在跨海大桥桥墩中具有良好的应用前景。.本项目通过模型试验、数值计算和理论分析相结合的研究手段，开展RU圆管受力性能、UHPC与核心混凝土之间界面性能、RU-RC组合柱受力性能与设计方法研究，探明组合柱协同工作机理和破坏模式，研究极限承载力计算方法，探讨合理构造措施。结果表明，UHPC-NC界面法向与切向粘结强度均随普通混凝土龄期、钢纤维掺量和界面粗糙度的提高而增大；RU-RC组合柱受力全过程分为弹性阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服阶段，弹性阶段内组合柱轴向应变符合平截面假定；在带裂缝工作阶段，由于UHPC掺入钢纤维，可起到桥接作用，仍可继续承担拉应力，组合柱截面刚度并未出现明显减小，这与钢筋混凝土柱具有显著区别；RU圆管与箍筋均对核心混凝土具有一定约束作用，组合柱破坏形态均为构件材料达到极限强度而压溃破坏；当偏心率为0.1和0.2时，属于小偏心受压破坏，当偏心率为0.3时，属于大偏心受压破坏；提出的有限元建模方法可用于组合柱的数值分析；随着UHPC圆管壁厚和UHPC抗拉强度的增加，组合柱承载力大致呈线性增长趋势；随着箍筋间距的减小，承载力呈非线性增长趋势；随着长细比和偏心率的增大，组合柱极限承载力均不断减小，且减小趋势逐渐趋缓；不同长细比与偏心率下组合柱承载力曲线互不平行，表明两者存在耦合作用；组合短柱、长柱与细长柱之间的界限长细比在20和100左右；现行规范计算公式并不适用于组合柱的计算，提出了RU-RC组合柱轴压承载力稳定系数计算公式和考虑长细比和偏心率的耦合作用的RU-RC组合偏压柱承载力计算公式；组合柱的性价比随径厚比减小呈逐渐增大的趋势，建议径厚比不应小于5。.本项目研究成果将有力推动我国桥梁快速施工技术的发展，提升桥梁耐久性能和使用寿命，对促进组合结构的创新、发展和科技进步均具有重要意义，预期可取得显著的社会经济效益。.