多腔T形钢管混凝土柱受压性能研究

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在建筑结构中合理采用异形钢管混凝土柱既能有效避免过大的截面尺寸,又能解决墙边角处柱棱突出并增加室内空间的使用率。近年来,不同学者提出了不同截面构造的异形钢管混凝土柱,其力学性能研究尚有待进一步研究。为考察一种新型多腔T形钢管混凝土柱的力学性能,本文对其开展了轴心受压、偏心受压性能试验研究及有限元参数分析。.首先开展了多腔T形钢管混凝土柱轴心受压性能试验研究,试验变量包括钢管壁厚、混凝土强度和长细比,并设计了2根普通T形钢管混凝土柱用于对比。试验结果表明,多腔T形和普通T形试件均呈局部鼓曲破坏形态,鼓曲的位置无明显规律。随着混凝土强度的提高或钢管壁厚的增大,多腔T形试件的极限承载力显著提高。其中,采用高强混凝土的试件达到极限承载力后,荷载—纵向平均应变曲线急剧下降;钢管壁厚较大的试件表现出较强的变形能力,当竖向位移加至较大值时,鼓曲较大处焊缝开,试件的荷载—纵向平均应变曲线仍无明显的下降段,焊缝开裂的原因并非是焊缝质量不可靠,而是鼓曲程度过于剧烈所致;建议采用高强混凝土时,应匹配使用厚度较大的钢管更能充分发挥两种材料的性能。当长细比的变化范围为4.51~11.27时,试件的极限承载力随长细比的增大而呈降低趋势,但降低幅度不显著。与普通T形试件相比,多腔T形试件的极限承载力和变形能力均表现出明显的优势。在本文研究参数范围内,推荐采用欧洲规范EC4计算多腔T形钢管混凝土柱的轴压承载力。其次开展了多腔T形钢管混凝土柱偏心受压性能试验研究,试验变量包括偏心距和长细比,并设计了1根普通T形钢管混凝土柱用于对比。试验结果表明,所有试件均呈弯曲型破坏形态,试件侧向挠度基本保持上下对称,符合正弦半波曲线。多腔T形试件的极限承载力随着偏心距和长细比的增大呈降低趋势,当长细比的变化范围为4.51~11.27时,试件极限承载力的降低幅度不显著。与普通T形试件相比,多腔T形试件的极限承载力和变形能力均表现出明显的优势。最后采用非线性有限元软件ABAQUS开展数值模拟分析,利用已有的试验结果验证模型的合理性并开展参数分析。分析结果表明,相较于多腔T形试件,普通T形试件中钢管与混凝土之间的接触压力主要集中在阴角处,不仅未对混凝土产生有效地约束,反而加快了混凝土的破坏。随着钢材强度的提高,多腔T形试件初始刚度及变形能力无明显变化。当长细比由4.65增大至38.73时,多腔T形钢管混凝土柱轴压稳定系数从1.0下降至0.74。当偏心距不超过60 mm时,多腔T形试件的偏压极限承载力随着偏心距的增大呈降低趋势,且偏心距每增加10 mm,极限承载力降低幅度的平均值为9.95%。
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