钢管型钢再生混凝土框架—混凝土核心筒结构抗震性能研究

发布时间：2018-04-10 01:34

本文选题：钢管型钢再生混凝土　切入点：构件　出处：《广州大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着我国经济结构由粗放型逐渐向着集约型转变,资源的可循环利用以及节能环保的研究近年来一直广受关注。我国正处于高速发展时期,基础建设等构筑物的开发修建不仅消耗了大量的砂石等自然资源,拆除旧建筑以及地震灾后产生的废弃建筑垃圾也对环境造成了恶劣的影响。而将废弃混凝土经过破碎、加工等工序形成的再生骨料部分或全部替代天然骨料的再生混凝土可以实现对废弃混凝土的回收利用,从源头上解决建筑垃圾带来的各种问题,既节约了天然骨料,缓解骨料的供求矛盾,还减轻了城市环境的污染,具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。但由于性能上与普通混凝土相比存在的差异,尤其是抗震延性方面相对较低,所以再生混凝土在工程结构上的应用层面还较低,应用范围也很局限。目前改善再生混凝土工作性能的研究工作主要分为两方面,一为材料方面,主要方法为碳化和采用浸泡纳米溶液等措施来提高再生骨料的材料性能;二是结构方面,通过钢管进行三面围压来改善再生混凝土的工作性能。但是在水平往复加载的情况下,外围的约束钢管较易发生鼓曲变形,从而降低了约束效应,不利于对核心再生混凝土的保护作用。本文基于结构方面考虑,改善再生混凝土的工作环境,提高抗震性能,从构件、节点和平面结构三方面对增强钢管型钢再生混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能展开研究,主要研究内容和取得的研究成果主要如下:1.结合国内外对于再生混凝土和钢管再生混凝土的工作性能研究,分别从构件、节点和结构层次,对钢管再生混凝土的研究现状进行总结,提出有利于提供钢管再生混凝土工作性能的构件和节点形式,详细介绍有限元建模的过程和方法,建立非线性有限元模型,并利用已有的试验研究来验证本文有限元模型计算的有效性。2.构件层次方面,在通过钢管外围约束核心再生混凝土的基础上,在核心再生混凝土内部增设钢骨架,以此来提高再生混凝土的刚度、强度和延性。考虑构件的初始几何非线性和再生混凝土的塑性损伤本构,分别以相同含钢率下,不同骨架支撑形式为变化参数,建立了工字型钢、内圆钢管、十字型钢、约束钢筋笼、钢管壁增厚、无骨架支撑六种不同支撑形式的钢管约束再生混凝土柱有限元模型,通过对模型进行低周循环加载,分析各模型构件的抗震性能。结果表明:在相同含钢率下,相较内圆钢管、十字型钢等其他截面构造,钢管再生混凝土内增设工字型钢后,具有更大的初始刚度、水平极限承载力,抗震性能提升明显,而单纯增加外钢管厚度有利于提高钢管再生混凝土的水平承载力,但是在抗震延性等方面影响不大。在此基础上,对钢管型钢再生混凝土和的钢管再生混凝土构件的P-(35)曲线进行了轴压比、钢材屈服强度等影响参数的分析。3.节点形式方面,基于提高核心再生混凝土的整体性,减少节点域穿柱部件的情况下,建立了外加强环全焊接连接、新型外套管式单边螺栓端板连接以及顶底角钢全螺栓连接三种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析各模型的抗震性能。结果显示:在含柱内型钢骨架支撑、节点域核心混凝土无穿柱部件扰动时,核心再生混凝土的应力应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高。在相同轴压比、梁柱线刚度比情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能相对较低,延性较好;新型外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都表现良好,是一种适合工程应用的节点形式。并针对新型外套管式端板连接半刚性节点进行了P-(35)影响参数分析。4.结构形式方面,框架-核心筒形式是目前国内常用的一种高层建筑体系,其外围框架主要承担结构的竖向荷载,核心筒提高结构的抗弯承载力。而钢管再生混凝土在轴压等轴压偏压性能上与钢管普通混凝土相差不大,将其作为外围框架体系承担竖向荷载有充分的试验依据。本文采用100%再生混凝土取代率,选取一榀平面框架及一榀框架-核心筒剪力墙进行了水平低周循环加载拟静力数值模拟分析。结果表明:在外围钢管约束和内部型钢支撑的情况下,钢管型钢再生混凝土柱-钢梁框架及框架-剪力墙试件的滞回曲线均饱满,呈梭形状。框架的位移延性系数大于6,框架-剪力墙位移延性系数大于5,延性良好;刚度以及强度退化较缓;框架试件的等效粘滞力阻尼系数为0.365,框架-剪力墙试件为0.420;结合两个结构试件的强度、刚度退化规律的分析表明,钢管型钢再生混凝土柱-钢梁框架以及框架-剪力墙结构的抗震性能均表现良好。
[Abstract]:In this paper , the author summarizes the research status of recycled concrete in the aspects of high - speed development period , basic construction and so on . It can improve the performance of recycled concrete . In this paper , the finite element model of steel tube confined regeneration concrete column with reinforced concrete filled with steel tube is analyzed . The results show that the stress and strain of concrete filled steel tube are less than those of ordinary concrete . Frame - shear wall test piece is 0.420 , and the analysis of the strength and stiffness degradation law of two structural specimens shows that the seismic performance of the steel tube - reinforced concrete column - steel beam frame and frame - shear wall structure is good .

【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU973.17;TU973.31

【参考文献】