【摘 要】
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钢管混凝土构件应用于多层建筑和中小跨径桥梁时,构件承载力要求相对较低,但现有钢管混凝土设计规范对钢管径厚比规定严格,使其经济效果不理想。薄壁钢管混凝土构件承载力高,塑性和耐火性能好,施工便捷,造价适中,因此,在上述结构中具有广阔的应用前景。本文以薄壁圆钢管混凝土柱为研究对象,采用试验研究、有限元模拟和理论分析相结合的方法,对其抗震性能和设计方法进行研究,具体包括以下内容:(1)对8根薄壁圆钢管混凝
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目《钢管约束混凝土结构体系的力学性能和设计理论》(51438001)
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钢管混凝土构件应用于多层建筑和中小跨径桥梁时,构件承载力要求相对较低,但现有钢管混凝土设计规范对钢管径厚比规定严格,使其经济效果不理想。薄壁钢管混凝土构件承载力高,塑性和耐火性能好,施工便捷,造价适中,因此,在上述结构中具有广阔的应用前景。本文以薄壁圆钢管混凝土柱为研究对象,采用试验研究、有限元模拟和理论分析相结合的方法,对其抗震性能和设计方法进行研究,具体包括以下内容:(1)对8根薄壁圆钢管混凝土柱进行恒轴压力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,得到了试件的破坏形态、应变发展过程和荷载-位移曲线,研究了轴压比、径厚比和加劲肋形式对试件承载力、延性及耗能能力等的影响规律。结果表明:试件破坏形态主要为柱底15cm范围内钢管鼓曲,混凝土局部压溃;试件滞回曲线饱满,位移延性系数大于3,具有良好的抗震性能;四边直肋和横向对拉加劲肋对试件承载力有提高作用,但加劲肋的焊接对薄壁钢管造成损伤,钢管发生撕裂,加劲试件的延性和耗能能力略低于无肋试件。(2)采用有限元软件ABAQUS建立了试验试件精细化实体模型,对试件进行单向推覆全过程受力分析,明确了试件的应力发展过程、受力机理和破坏机制。采用有限元软件Open Sees建立了试验试件的简化纤维模型,对试件的轴压比、径厚比、长径比、钢材强度和混凝土强度进行参数分析。结果表明:轴压比越小,试件延性和耗能能力越强,刚度退化越慢,最大水平承载力对应轴压比为0.4~0.5;径厚比和长径比越大、钢材屈服强度越小,试件延性、耗能能力和水平承载力越低;混凝土强度越高,试件延性和耗能能力越低,刚度退化越快,水平承载力越大,且不同混凝土强度试件的骨架曲线下降段趋于同一水平承载力;加劲肋有效改善了试件的应力分布,提高了混凝土的承载能力。(3)总结归纳了各国现行规范中钢管混凝土压弯构件的承载力计算方法,并与试验结果进行对比。结果表明:试验结果与欧洲规范EC4和日本规范AIJ较为接近,美国规范AISC较为保守,中国规范GB50936-2014偏于不安全。通过有限元参数分析,提出了线性回归修正系数K。结合AIJ规范,提出了与试验及有限元分析结果吻合较好的薄壁圆钢管混凝土柱恢复力模型。
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