圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能试验与理论研究

论文摘要

位于地震区的高层建筑结构,在遭遇地震时,框架柱尤其是底层框架柱将不可避免地经历变形循环历程,而反复进入非弹性工作范围,即发生低周疲劳损伤。近年来人们对钢管混凝土框架柱的滞回性能开展了一些研究工作,取得了一些重要的研究成果,但对钢管混凝土框架柱低周疲劳损伤性能,尤其是非等幅位移加载模式下的低周疲劳损伤规律和损伤过程还缺乏深刻的认识,对地震引起的疲劳损伤机理和如何在抗震设计上防止其发生低周疲劳破坏知之甚少。因此,开展钢管混凝土框架柱低周疲劳损伤性能与抗震设计方法的研究显得尤为重要。本文通过拟静力试验,进行了圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的试验研究,在此基础上对圆钢管混凝土柱进行了非线性有限元分析,并对低周疲劳寿命的预测方法进行了研究,为圆钢管混凝土结构抗震设计计算理论的建立奠定了基础。本文主要研究工作为:1、圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的试验研究采用不同的加载制度进行了3根圆钢管高强混凝土柱的低周反复加载试验,对圆钢管混凝土柱承载能力、变形、滞回性能及耗能能力进行研究,研究表明,圆钢管高强混凝土柱荷载—位移滞回曲线比较饱满,变形能力强,具有良好的延性和耗能能力,表现出圆钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能;在试验基础上采用ABAQUS对圆钢管混凝土进行了非线性有限元分析,得到了分析的骨架曲线,并与试验曲线进行了对比吻合较好。2、圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能研究首先引出超低周疲劳的概念,即认为地震作用下结构或构件循环次数小于等于300次的低周疲劳破坏为超低周疲劳;然后应用MATLAB语言编写了相应的雨流计数法程序,可以对随机位移荷载作用下的封闭滞回环进行统计;最后对钢管混凝土框架柱等幅低周疲劳损伤寿命预测的理论公式进行了初步研究。本文的研究成果可为圆钢管混凝土柱的抗震设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 钢管混凝土构件的特点
• 1.1.2 钢管高强混凝土结构的应用
• 1.1.3 选题的意义
• 1.2 目前相关课题的研究概况
• 1.2.1 钢管混凝土柱滞回性能研究
• 1.2.2 低周疲劳损伤性能研究
• 1.2.3 钢管混凝土结构抗震性能的有限元分析
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的试验研究
• 2.1 试件设计制作
• 2.1.1 试件制作
• 2.1.2 试件设计参数的确定
• 2.1.3 材料性能
• 2.2 高强混凝土的配置
• 2.2.1 材料选择及要求
• 2.2.2 颗粒级配测定
• 2.2.3 配合比设计
• 2.2.4 混凝土养护与抗压试验
• 2.3 试验装置及加载制度
• 2.3.1 试验加载装置
• 2.3.2 试验测量装置
• 2.3.3 试验加载制度
• 2.4 试验结果与分析
• 2.4.1 试验过程及结果
• 2.4.2 试验破坏形态
• 2.4.3 钢材的应变变化
• 2.4.4 滞回曲线
• 2.4.5 骨架曲线
• 2.4.6 耗能性能
• 2.5 圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的试验研究与有限元分析对比
• 2.5.1 材料的本构关系模型
• 2.5.2 单元类型的选取与网格划分
• 2.5.3 钢管与混凝土的界面模型
• 2.5.4 边界条件与加载方式
• 2.5.5 计算结果与试验结果的比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 圆钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 疲劳的基本概念
• 3.2.1 疲劳的定义
• 3.2.2 疲劳曲线
• 3.2.3 高周疲劳、低周疲劳与超低周疲劳
• 3.3 等幅位移模式下钢管混凝土框架柱低周疲劳寿命的预测
• 3.3.1 分析简化模型
• 3.3.2 疲劳寿命估算模型
• 3.3.3 圆钢管混凝土柱低周疲劳寿命预测
• 3.3.4 构件的疲劳寿命参数分析
• 3.4 钢管混凝土框架柱低周疲劳损伤评估
• 3.4.1 疲劳累积损伤理论
• 3.4.2 雨流计数法
• 3.4.3 累积滞回耗能
• 3.4.4 非等幅位移模式下低周疲劳损伤
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要