復(fù)式鋼管混凝土軸壓性能及節(jié)點(diǎn)抗震試驗(yàn)研究.pdf

1、鋼管混凝土經(jīng)過多年的發(fā)展,在傳統(tǒng)鋼管混凝土的基礎(chǔ)上,已經(jīng)出現(xiàn)了多種新的結(jié)構(gòu)形式。由于鋼管混凝土在高層建筑、大跨橋梁等結(jié)構(gòu)工程中廣泛的應(yīng)用,柱承受的荷載越來(lái)越大,因此出現(xiàn)了內(nèi)置型鋼、內(nèi)置鋼管或多管以及 CFRP筒增強(qiáng)的新型鋼管混凝土重載柱,本文統(tǒng)稱之為復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在有效減小構(gòu)件截面面積的同時(shí),又可明顯提高承載能力和抗火能力,而且具有更好的延性。近幾年的理論研究和工程實(shí)踐表明,應(yīng)用復(fù)式鋼管混凝土是切實(shí)可行的,并且有很大的發(fā)展?jié)?/p>

2、力。
　　 本文以復(fù)式鋼管混凝土作為研究對(duì)象,為方便分析和便于設(shè)計(jì)應(yīng)用,將復(fù)式鋼管混凝土分為內(nèi)圓鋼管、型鋼、CFRP增強(qiáng)型鋼管混凝土及復(fù)式空心鋼管混凝土四種形式。對(duì)各種截面的復(fù)式鋼管混凝土的軸壓性能進(jìn)行理論分析和數(shù)值計(jì)算,擬建立統(tǒng)一可行的剛度和承載力計(jì)算方法。另一方面,節(jié)點(diǎn)是鋼管混凝土體系中非常重要而又薄弱的環(huán)節(jié)。而我國(guó)大多數(shù)建筑的樓蓋采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu),推廣應(yīng)用鋼管混凝土柱的關(guān)鍵之一是解決鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。

3、因此本文設(shè)計(jì)了一種新型復(fù)式鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接形式--外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點(diǎn),由于樓層間外鋼管不連通,梁縱筋可在節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)貫通,傳力路徑明確,節(jié)點(diǎn)整體性強(qiáng),施工簡(jiǎn)便,具有良好的應(yīng)用前景。本文主要研究工作有:
　　 1.抗壓剛度和承載力是結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要的力學(xué)性質(zhì)。本文基于簡(jiǎn)單疊加、鋼管混凝土統(tǒng)一理論和彈性力學(xué)的方法對(duì)復(fù)式鋼管混凝土軸壓剛度進(jìn)行了研究；分析了混凝土橫向變形系數(shù)、鋼管泊松比和含鋼率是影響組合柱軸壓剛度的主要因素。

4、
　　 2.本文提出了組合約束效應(yīng)系數(shù),把鋼管混凝土統(tǒng)一理論研究成果推廣應(yīng)用于復(fù)式鋼管混凝土軸壓強(qiáng)度計(jì)算中,所得到的承載力計(jì)算公式形式統(tǒng)一,計(jì)算簡(jiǎn)便；同時(shí),運(yùn)用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論分析各種工況下復(fù)式鋼管混凝土組成部分的極限承載能力,根據(jù)極限平衡原理得出組合柱的軸壓承載力。以上兩種方法均取得了較好的結(jié)果,并對(duì)復(fù)式鋼管混凝土承載力的影響因素進(jìn)行了分析。
　　 3.根據(jù)軸壓性能研究,分析復(fù)式鋼管混凝土的性能影響參數(shù),并對(duì)各類型的復(fù)

5、式鋼管混凝土進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),得出最優(yōu)的復(fù)式鋼管混凝土設(shè)計(jì)理念。通過對(duì)各種截面復(fù)式鋼管混凝土在受力性能和經(jīng)濟(jì)性上的對(duì)比,以及出于對(duì)其梁柱連接形式的考慮,認(rèn)為內(nèi)圓外方雙鋼管混凝土是比較理想的復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu),在實(shí)際工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 4.對(duì)四個(gè)復(fù)式鋼管混凝土外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn),分析研究該類型節(jié)點(diǎn)在恒定軸力和反復(fù)剪力作用下的抗震性能,對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)、破壞機(jī)制、滯回曲線、骨架曲線、位移延性、

6、剛度退化、耗能能力等性能進(jìn)行了較為深入系統(tǒng)的研究。建立了該新型外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)力模型,可以較好地反映其滯回性能,可作為結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析時(shí)參考。
　　 5.采用有限元軟件 ANSYS對(duì)復(fù)式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維非線性有限元模擬,得到了節(jié)點(diǎn)單調(diào)加載的荷載-位移曲線,并與試驗(yàn)的骨架曲線進(jìn)行比較。同時(shí)對(duì)該節(jié)點(diǎn)的軸壓性能進(jìn)行研究,分析節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部受力機(jī)理,討論了混凝土強(qiáng)度,內(nèi)鋼管尺寸及環(huán)梁配筋對(duì)節(jié)點(diǎn)軸壓受力性能的影響。結(jié)合試