設置傳力構件的大截面矩形鋼管混凝土柱靜力性能研究.pdf

1、復雜超高層建筑已廣泛采用大截面矩形鋼管混凝土柱（LRCFT柱），它對整個結構的安全至關重要。共同工作是 LRCFT柱應用的基本問題，對構件及結構的工作性能有著重要的影響。針對LRCFT柱的共同工作問題，本文提出了一種新型的傳力機制，即在矩形鋼管混凝土柱樓層節(jié)點區(qū)鋼管內設傳力構件——分配梁和內環(huán)肋，來協(xié)調鋼管壁與核心混凝土的變形，迫使組成矩形鋼管混凝土柱的鋼管和核心混凝土共同工作。主要研究內容包括以下幾個方面：
　?。?）基于 LR

2、CFT柱的共同工作性能，提出了一種新型的傳力機制，給出了傳力構件的具體構造和布置形式，分析了設傳力構件的矩形鋼管混凝土柱的受力原理。對比分析了軸壓作用下不設傳力構件﹑設環(huán)向加勁肋﹑設環(huán)向加勁肋及栓釘、設傳力構件的矩形鋼管混凝土柱的共同工作性能，揭示了設傳力構件對保證 LRCFT柱共同工作性能的重要性和必要性。進行了矩形鋼管混凝土柱的軸壓試驗研究和相關的數值分析，試驗結果與有限元結果吻合較好，進一步驗證了利用摩擦粘結作用來保證 LRCFT

3、柱的共同工作可靠性不夠，設傳力構件有效地改善了矩形鋼管混凝土柱的受力性能，充分地保證了LRCFT柱的共同工作。
　?。?）基于設傳力構件的LRCFT柱受力原理的分析，提出了共同工作的理論模型，用彈性地基梁溫克爾假定來模擬分配梁沿梁長傳遞外荷載于核心混凝土的共同工作性能。將分配梁與混凝土的相互作用視作彈性地基梁，作為分配梁支座的鋼管壁提供彈簧剛度，核心混凝土簡化為彈性地基，分配梁簡化為梁，建立了混凝土工作承擔系數的計算方程。結合設分

4、配梁的矩形鋼管混凝土柱的實際邊界條件，給出了混凝土工作承擔系數的解析計算方法。在真實的模擬分配梁與鋼管壁及核心混凝土之間的力學行為基礎上，給出了LRCFT柱各組成部分剛度的求解方法和公式，保證了混凝土工作承擔系數的順利求解。研究了分配梁的力學行為，給出了分配梁的設計方法，指導工程設計。進行了具體算例的分析，驗證了本文給出的理論解析方法的有效性和較好的實用性。
　?。?）基于共同工作的理論模型，研究了混凝土工作承擔系數與LRCFT柱

5、各組成部分剛度的關系，得出了分配梁尺寸的選取范圍。從剛度的控制方程出發(fā)，考慮因素間的兩兩耦合，采用非線性回歸方法，得到了各剛度系數的簡化計算公式。討論了計算公式的誤差，驗證了簡化計算公式的合理性。通過簡單的計算公式能夠快速計算出 LRCFT柱各組成部分剛度值，從而求得混凝土工作承擔系數來指導分配梁的設計。
　?。?）研究了設傳力構件的LRCFT柱在軸壓﹑純彎及偏壓作用下的共同工作性能。基于《矩形鋼管混凝土結構技術規(guī)程》（CECS1

6、59：2004），得出了設傳力構件的矩形鋼管混凝土柱軸壓﹑純彎及偏壓承載力的設計方法，提出了規(guī)程中大偏壓承載力設計方法可做適當完善修改的建議，并給出了計算公式。建立了30層的框架模型，研究了傳力構件的數量設計。從彈性控制設計和塑性控制設計兩個角度，研究了設傳力構件的LRCFT柱的共同工作性能。結果表明，應用設傳力構件的矩形鋼管混凝土柱，過多或過少設分配梁均不能達到最優(yōu)的分配效果，合適的數量﹑合理的位置能夠使矩形鋼管混凝土柱表現(xiàn)出較好的共