外方内双螺旋箍筋约束混凝土方柱承载性能研究

发布时间：2020-11-14 04:59

　　 约束混凝土可以有效改善混凝土的承载性能和延性,是一种经济效益优良、发展前景广阔的新型结构形式。为进一步满足现代工程结构中对高承载力、高延性的实际需求,本文提出了一种外方内双螺旋箍筋约束混凝土方柱,是在普通矩形箍筋约束混凝土柱基础上添加了双层螺旋箍筋组合而成的多重约束混凝土结构,其可进一步增强对内部混凝土的约束作用,达到改善混凝土柱的力学性能、减小构件尺寸等目的。本文主要针对该新型柱的承载性能,主要做了以下几个方面的研究工作:1.参考Sheikh约束模型理论,建立了外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱在轴向荷载作用下的约束理论模型,以约束混凝土计算理论为基础,采用了统一强度理论和叠加原理,推导了该约束形式下混凝土柱的轴压承载力计算方法。基于有限元软件ABAQUS对该类新型约束混凝土柱进行了数值模拟计算,分析结果表明:外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力的理论计算值与模拟值吻合良好。2.采用了弯矩轴力相关方程法,通过简化弯矩轴力关系方程与建立弯矩曲率线性化模型,由跨中截面内外力平衡和极值条件,推导出了外方内双螺旋箍筋约束混凝土方柱极限偏压承载力计算方法,并给出了解析关系中五个变量参数的计算方法。利用ABAQUS有限元计算软件对设计的七组试件进行了仿真计算,并根据荷载挠度计算结果对弯矩曲率模型进行了验证,结果表明理论计算值与模拟值吻合良好,表明该计算方法具有一定的可靠性。3.通过有限元程序ABAQUS进行参数分析,详细研究了混凝土强度、箍筋间距、箍筋强度、位置系数、偏心距、高宽比对外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱极限承载力和延性性能的影响,结果表明轴心受压情况下各参数对极限承载力的影响次序为:混凝土强度箍筋间距箍筋强度位置系数;偏心受压情况下影响次序为:偏心距混凝土强度箍筋强度箍筋间距高宽比位置系数。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

传统的钢筋混凝土柱缺少足够的侧向约束，地震作用下承受轴向力的同时也受横向往复水平地震荷载作用，抗弯、抗剪以及延性不足，较弱的耗能能力，从而引发混凝土的开裂和柱的破坏。典型钢筋混凝土柱破坏形式如图1.1所示。图1.1 框架柱典型破坏形式约束混凝土概念的出现为解决以上问题提供了新的方法。约束混凝土即使用约束构件使得混凝土在受压时处于三轴受压应力状态，限制了内部混凝土的侧向膨胀使得材料具有了更高的抗压强度和变形性能。对于约束混凝土的研究开始于20世纪初期，1903年Considere[15]等人首次提出配置螺旋箍筋的混凝土柱能有效提高其承载力和变形能力，经过了100多年的探索和发展，至今已取得了丰富的约束混凝土理论研究成果。现有的约束混凝土主要包括钢管约束混凝土、FRP约束混凝土和箍筋约束混凝土三种形式。箍筋约束混凝土作为最早出现和研究的约束混凝土形式，一直是学者们关注和研究的重点。箍筋约束是改善混凝土柱力学性能最为简单和有效的方式之一，其充分发挥了混凝土和钢筋两种材料的性能优势，使二者能够处于共同工作状态，能有效提高竖向抗力构件的承载性能。箍筋的存在主要有三个方面的作用

明该类形式混凝土柱的力学性能比传统混凝土柱有较好提升。为了更一步探寻高性能、满足现代高层框架柱和大型地铁站房墩柱的高承载力结构发展目标，在此基础上，本文提出了一种新型外方内双螺旋多重箍筋约束混凝土方柱，其配筋截面如图1.2所示，并致力于研究其力学性能，以期满足工程应用。图1.2外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱截面配筋1.4本文研究意义提高混凝土结构构件承载力和抗震性能始终是结构工程领域发展的目标之一，传统的箍筋约束混凝土对于现代复杂工程的性能提升已然有限，因此本文提出外方内双螺旋箍筋约束混凝土方柱，对于促进约束混凝土理论研究和土木工程建设具有以下方面的意义：在性能上，螺旋箍筋具有比传统方箍更优越的约束效果，由于圆形截面的单层箍筋

载力有短暂的下降。随着泊松比的进一步增大，箍筋约束进一步增强并达到屈服稳定状态，混凝土柱承载力也有了再次的增强，而此时素混凝土与普通箍筋柱已进入下降段，丧失承载性能。螺旋箍筋圆柱的截面应力如图2.1（b）所示。（a） （b）图2.1 螺旋箍筋柱:（a）N-ε曲线；（b）截面应力图Sheikh[30]在研究约束混凝土时提出了有效约束混凝土概念。当箍筋纵向等距离配置时，在有箍筋的平面上约束最强，在相邻箍筋中间处约束最弱，因此在横向截面上存在一个有效约束范围。对于方形箍筋，在沿箍筋长度方向上箍筋刚度分布不均，当混凝土受压膨胀时，箍筋中间部分侧向变形较大，约束较弱，两端则刚度较大变形较小，从而约束性能也更好。Mander[32]的研究将有效约束边界定义为初始角度为45o的二次抛物线，并详细给出了圆形箍筋和方形箍筋约束下的有效约束系数。有效约束模型如图2.2所示。图2.2 有效约束模型
【参考文献】

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本文编号：2883107