钢管约束型钢高强混凝土柱滞回性能研究

发布时间：2020-10-10 23:29

　　 钢管约束混凝土柱是由核心混凝土和不直接承担竖向荷载的外包薄壁钢管组成的钢-混凝土组合柱。钢管约束型钢高强混凝土柱是核心混凝土采用高强混凝土,并在其内配置纵向型钢的钢管约束混凝土柱。本文分别对圆形、方形钢管约束型钢高强混凝土中长柱、短柱滞回性能进行了试验研究、数值模拟及理论分析,具体工作如下:(1)进行了7个圆钢管约束型钢高强混凝土中长柱的滞回性能试验研究,其中包含1个型钢强度为Q235的无栓钉试件,其余6个试件型钢强度均为Q345,分为2个无栓钉试件及4个设栓钉试件。研究的主要参数包括有无栓钉、栓钉间距、轴压比及型钢屈服强度等。分析了试件的破坏模式、抗弯承载力、延性、耗能性能、强度退化及刚度退化等规律。建立ABAQUS有限元模型并进行参数分析,并根据试验结果和参数分析结果,提出了构件的恢复力模型。(2)进行了5个方钢管约束型钢高强混凝土中长柱的滞回性能试验研究,包含1个无栓钉试件和4个设栓钉试件,所有试件均在塑性铰区设置了斜加劲肋板。实验的主要参数包括有无栓钉、栓钉间距、轴压比及径厚比等。建立ABAQUS有限元模型进行了参数分析,并根据试验结果和参数分析结果,提出了构件的恢复力模型。(3)进行了6个圆钢管约束型钢高强混凝土短柱的滞回性能试验研究,包括1个无栓钉试件和5个设栓钉试件。试验参数包括有无栓钉、栓钉间距、轴压比、截面尺寸等。采用ABAQUS有限元模拟试验骨架曲线并进行了参数分析,提出了适合圆钢管约束型钢高强混凝土短柱的恢复力模型。(4)进行了6个方钢管约束型钢高强混凝土短柱的试验研究和理论分析,其中包含1个无栓钉试件和5个设栓钉试件。所有试件均在两端设置了斜加劲肋板。试验的主要参数包括有无栓钉、栓钉间距、轴压比及径厚比等,试件截面尺寸与方钢管约束型钢高强混凝土中长柱一致,试验参数、试验方法均与圆钢管约束型钢高强混凝土短柱一致。试验研究发现设置栓钉可有效改善试件的破坏模式和力学性能。随栓钉间距减小,试件的承载力稍有提高,试件变形能力有所增强。随轴压比提高,试件的抗剪承载力有所提高,而试件的延性和极限层间位移角则相应的有所降低。截面尺寸对试件力学性能指标影响不明显。采用ABAQUS有限元模型模拟试验骨架曲线并进行参数分析。在试验研究、理论分析及数值模拟的基础上,建立了方钢管约束型钢高强混凝土短柱的恢复力模型。(5)提出了钢管约束型钢高强混凝土柱的承载力计算方法及抗震构造措施。提出了钢管约束型钢高强混凝土柱的轴力-弯矩相关计算方法;提出了钢管约束型钢高强混凝土短柱的抗剪承载力计算公式。通过计算得出了钢管约束型钢高强混凝土柱的轴压比限值建议值。结合有限元及试验数据得出了钢管约束型钢高强混凝土柱的径厚比、型钢含钢率的合理值和栓钉的构造措施。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.9
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与特点
        1.1.1 钢管约束高强混凝土柱的研究背景
        1.1.2 钢管约束高强混凝土柱的特点
    1.2 国内外在相关领域的研究现状
        1.2.1 钢管约束混凝土柱静力及滞回性能
        1.2.2 钢管约束型钢混凝土柱静力及滞回性能
        1.2.3 钢管约束型钢高强混凝土柱静力及滞回性能
    1.3 本文主要的研究内容
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 主要研究内容
第二章 圆钢管约束型钢高强混凝土中长柱滞回性能研究
    2.1 引言
    2.2 试验设计
        2.2.1 试件设计
        2.2.2 试件制作
        2.2.3 加载装置及加载方案
    2.3 试验结果及分析
        2.3.1 试验现象及破坏模式
        2.3.2 滞回曲线及骨架曲线
        2.3.3 荷载-应力应变曲线
        2.3.4 耗能性能分析
        2.3.5 试件强度退化分析
        2.3.6 试件刚度退化分析
    2.4 有限元模型及分析方法
        2.4.1 材料本构关系
        2.4.2 网格划分及接触
        2.4.3 边界条件和加载方式
        2.4.4 有限元与试验对比
        2.4.5 参数分析
    2.5 恢复力模型
        2.5.1 恢复力模型简介
        2.5.2 骨架曲线
        2.5.3 加卸载规则
        2.5.4 恢复力曲线与试验水平荷载-位移滞回曲线的对比
    2.6 结论
第三章 方钢管约束型钢高强混凝土中长柱滞回性能研究
    3.1 引言
    3.2 试验方案
        3.2.1 试件设计
        3.2.2 试件制作
        3.2.3 加载装置及加载方案
    3.3 试验结果及分析
        3.3.1 试验现象及破坏模式
        3.3.2 滞回曲线及骨架曲线
        3.3.3 荷载-应力应变曲线
        3.3.4 耗能性能分析
        3.3.5 试件强度退化分析
        3.3.6 试件刚度退化分析
    3.4 有限元模型及分析
        3.4.1 材料本构关系
        3.4.2 网格划分及接触
        3.4.3 边界条件和加载方式
        3.4.4 有限元与试验对比
        3.4.5 参数分析
    3.5 恢复力模型
        3.5.1 恢复力模型
        3.5.2 恢复力曲线与试验水平荷载-位移滞回曲线的对比
    3.6 结论
第四章 圆钢管约束型钢高强混凝土短柱滞回性能研究
    4.1 引言
    4.2 试验设计
        4.2.1 试件设计
        4.2.2 试件制作
        4.2.3 加载装置及加载方案
    4.3 试验结果及分析
        4.3.1 试验现象及破坏模式
        4.3.2 滞回曲线及骨架曲线
        4.3.3 荷载-应力应变曲线
        4.3.4 耗能性能分析
        4.3.5 试件强度退化分析
        4.3.6 试件刚度退化分析
    4.4 有限元模型及分析
        4.4.1 材料本构关系
        4.4.2 网格划分及接触
        4.4.3 边界条件和加载方式
        4.4.4 有限元与试验对比
        4.4.5 参数分析
    4.5 恢复力模型
        4.5.1 恢复力模型
        4.5.2 恢复力曲线与试验水平荷载-位移滞回曲线的对比
    4.6 结论
第五章 方钢管约束型钢高强混凝土短柱滞回性能研究
    5.1 引言
    5.2 试验方案
        5.2.1 试件设计
        5.2.2 试件制作
        5.2.3 加载装置及加载方案
    5.3 试验结果及分析
        5.3.1 试验现象及破坏模式
        5.3.2 滞回曲线及骨架曲线
        5.3.3 荷载-应力应变曲线
        5.3.4 耗能性能分析
        5.3.5 试件强度退化分析
        5.3.6 试件刚度退化分析
    5.4 有限元模型及分析
        5.4.1 材料本构关系
        5.4.2 网格划分及接触
        5.4.3 边界条件和加载方式
        5.4.4 有限元与试验对比
        5.4.5 参数分析
    5.5 恢复力模型
        5.5.1 恢复力模型
        5.5.2 恢复力曲线与试验水平荷载-位移滞回曲线的对比
    5.6 结论
第六章 钢管约束型钢高强混凝土柱设计方法
    6.1 引言
    6.2 钢管约束型钢高强混凝土压弯构件承载力计算
        6.2.1 CTSRC单向压弯构件承载力计算
        6.2.2 STSRC单向压弯构件承载力计算
    6.3 钢管约束型钢高强混凝土短柱斜截面抗剪承载力计算
        6.3.1 CTSRC短柱斜截面抗剪承载力计算
        6.3.2 STSRC短柱斜截面抗剪承载力计算
    6.4 钢管约束型钢高强混凝土柱型钢含钢率
    6.5 钢管约束型钢高强混凝土柱轴压比限值
        6.5.1 轴压比限值及影响因素
        6.5.2 剪跨比λ≥2.0的圆钢管约束型钢高强混凝土柱轴压比限值
        6.5.3 剪跨比λ＜2.0的圆钢管约束型钢高强混凝土柱轴压比限值
        6.5.4 剪跨比λ≥2.0的方钢管约束型钢高强混凝土柱轴压比限值
        6.5.5 剪跨比λ＜2.0的方钢管约束型钢高强混凝土柱轴压比限值
    6.6 外包钢管径厚比
    6.7 栓钉设置方法
    6.8 小结
第七章 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢
附录


本文编号：2835701