配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱轴压试验与滞回性能研究

发布时间：2020-06-02 18:35

【摘要】：现代建筑工程不断向超高、重载、大跨和巨型方向发展,常规的建筑材料和结构形式已经不能完全适应这种发展的需要。本文充分利用“组合”这一概念,在型钢混凝土结构(Steel Reinforced Concrete Structures)和钢管混凝土结构(Concrete Filled Steel Tubular Structures)的基础上构建了一种配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱(Strength-gradient Composite Columns with Built-in High-strength Concrete Filled Steel Tube,SGCC),该组合柱是以钢管高强混凝土柱为核心,外包钢筋混凝土而成。配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱不仅继承了传统钢管混凝土柱的优点,还由于外包钢筋混凝土使其在承载能力、变形能力、抗火性能、耐久性和经济性等方面得到进一步提升。近年来,国内外学者对钢管混凝土叠合柱(Steel Tube-reinforced Concrete Columns)这一新型构件的力学性能开展了一定的试验研究和理论分析,但针对本文提出的异强组合形式构件的轴压性能和抗震性能的研究相对较少。本文采用试验研究、仿真分析和理论分析相结合的方式,深入研究了该组合柱的轴压力学性能和抗震性能,主要开展了以下四个方面的工作:(1)首先对国内外相关的研究现状进行了较为系统的查阅和全面的了解,为开展课题的研究奠定基础。(2)以剪跨比、组合柱内钢管高强混凝土芯柱的套箍指标和钢管外围混凝土配箍率为主要研究参数,进行了10根剪跨比均小于2的配钢管高强混凝土芯柱的异强组合短柱的轴心受压试验。通过试验获得了该类组合柱在轴心受压状态下的破坏形式、荷载—位移全过程曲线和同一截面内混凝土、钢管和钢筋应变的发展情况,考察了不同控制参数对组合柱承载能力和延性性能的影响规律。研究结果表明,试件整体呈现出以中部裂缝迅速开展,并与端部裂缝贯通为标志的破坏现象;剪跨比和钢管外围混凝土配箍率是影响组合柱轴压承载力和延性的重要因素。(3)基于有限元软件ABAQUS建立组合柱的有限元模型,通过比较分析,选取了较为合适的材料本构模型和合理的建模方法,然后将仿真分析结果与本文试验数据进行对比,验证了有限元模型建立的合理性;在此基础上,进行了36根不同参数控制下的组合柱轴压性能仿真分析,主要对其破坏形态、应力和应变分布规律和内部工作机理进行深入分析。最后,根据分析结果,并结合相关研究结论,提出了适用于该类组合柱的轴压承载力简化计算公式。(4)以钢管内外混凝土强度等级、套箍指标、配箍特征值、轴压比和截面含钢管混凝土率为主要研究参数,开展了13根配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱的拟静力仿真分析。获得了各试件的荷载—位移滞回曲线,考察了不同参数对组合柱耗能性能、刚度退化、抗力衰减、骨架曲线和延性的影响规律。研究结果表明,试件能量耗散系数均在1.5以上,组合柱试件的耗能能力介于钢筋混凝土柱和钢骨混凝土柱之间;试件延性系数均在4以上;在轴压比不变的情况下,在一定范围内提高试件的配箍特征值,可以有效提高试件的耗能能力,降低强度、刚度的退化速率,同时改善试件的延性,提高其变形能力。
【图文】：

截面图,组合柱,芯柱,高强混凝土

第一章绪论革，我国的建筑行业已从混凝土叠合柱(Steel Tube施工方便、抗火性能良好在叠合柱概念的基础上，nt Composite Columns 截面形式如图 1.1 所示。。组合柱因高强芯柱的存小，避免在实际工程中形定性得到增强[1]。该组合跨的房屋新建工程。纵筋

曲线,国际贸易中心,郑州

结构在欧美各国的研究和应用情况与日本并不相同。在英国，最初是将混凝土外包于钢构件上作为防火层，直到 20 年代 50 年代后才考虑到混凝土对构件整体刚度和承载力的贡献；1969 年 Basu 和 Somervil[4]发表了以伯理一逻伯特逊的屈曲曲线为基础的设计方法，这种方法成为现行设计方法的基础[2]；1981 年由 CEB、FIP、ECCS 和 IABSE 四个国际组织成立的组合结构委员会出版了《组合结构》模式规程[5]，对型钢混凝土结构给出了较详细的规定和设计方法。20世纪50年代，我国从前苏联引进了型钢混凝土结构，对其较为系统和深入的研究是从20世纪70年代后开始的；我国第一部《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ-138-2001)于2001年颁布执行。型钢混凝土结构在我国实际工程中的应用是从20世纪50年代开始的，主要应用于工业厂房，如包头电厂主厂房和鞍山钢铁公司的混铁炉基础，直到80年代后才开始将型钢混凝土结构应用到高层、超高层建筑中[6]，，如河南省郑州裕达国际贸易中心大厦(1997)，地上45层，地下4层，高201.6m，两座塔楼共采用32根型钢钢筋混凝土柱；上海环球金融中心(2014)，地上101层，地下3层，高492m，其结构外围采用了巨型型钢混凝土柱。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

【参考文献】