薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能研究

论文摘要

近年来,薄壁钢管混凝土柱由于其良好的力学性能和施工性能在各类建筑结构和桥梁上得到了广泛应用,但震害表明,薄壁钢管抗局部屈曲能力和屈曲后抗震性能较差。本文提出一种新型的薄壁波纹钢管混凝土柱,它可以更加充分发挥薄壁钢材和混凝土两种材料的优势,进一步改善其力学性能尤其是延性和耗能能力。本文在进行了2根薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能试验的基础上,从理论方面研究薄壁波纹钢管混凝土压弯构件的滞回性能,并在参数分析的基础上提出了薄壁波纹钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系模型,具体进行了以下几个方面的工作:1.进行了2根薄壁波纹钢管混凝土柱在恒定轴力和低周反复水平荷载作用下的滞回性能试验研究。对试件在整个实验中过程所发生的现象和破坏形态作了细致的描述和总结;通过对试验数据进行整理、对比分析,包括滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等的变化规律,综合分析结果表明:通过设置波纹截面形式的薄壁钢管混凝土柱对核心混凝土约束性能及抗震性较好。轴压比是影响试件滞回性能的重要因素,随着轴压比的提高,各项抗震性能指标明显降低。在对薄壁钢管凝土柱实际设计过程中应合理选择其轴压比的限值。2.使用有限元方法对往复荷载下薄壁波纹钢管混凝土压弯构件的滞回曲线进行了模拟分析。在有限元模型中考虑了往复荷载下钢材的包兴格效应,混凝土损伤以及刚度退化。将有限元计算结果与试验结果进行比较,验证有限元计算模型的可靠性。3.分析了各主要参数对薄壁波纹钢管混凝土荷载-位移滞回曲线的影响规律:随着钢管厚度的增加,弹性阶段的构件刚度和水平承载力都有所提高,但是对骨架曲线的形状影响不大;随着轴压比的增大,构件水平承载力不断减小,轴压比达到一定数值时出现下降段,强化阶段刚度减小,延性降低,基本不影响构件弹性阶段刚度;随着钢管屈服强度的增大,水平承载力有一定的提高,但提高的幅度随之减小,延性有降低的趋势,对构件弹性阶段刚度影响较小;随着混凝土抗压强度的提高,水平承载力有一定提高,但提高的幅度随之减小,延性有减小的趋势,但对构件弹性阶段刚度影响较小;随着长细比的增大,构件在弹性阶段和强化阶段的刚度越来越小,构件水平承载力不断减小,承载力减小的幅度越来越小。4.在参数分析的基础上,提出了一种简化的薄壁波纹钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系模型,可供工程设计参考。

论文目录

• 主要符号说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 钢管混凝土发展概况及工程应用
• 1.3 薄壁钢管混凝土的特点
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文研究方法和思路
• 第二章 薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能试验及分析
• 2.1 实验模型
• 2.2 试件制作
• 2.2.1 试件材料性能测定
• 2.2.2 薄壁波纹钢管制作
• 2.2.3 薄壁波纹钢管混凝土柱制作
• 2.3 试验测试方法和内容
• 2.3.1 试验方法和原理
• 2.3.2 加载装置
• 2.3.3 加载制度
• 2.3.4 测试内容
• 2.3.5 试验数据采集
• 2.4 试验破坏过程和破坏形态
• 2.4.1 试件B1 试验现象
• 2.4.2 试件B2 试验现象
• 2.4.3 薄壁波纹钢管混凝土内部试验现象
• 2.5 薄壁波纹钢管混凝土荷载-位移滞回曲线
• 2.6 薄壁波纹钢管混凝土荷载-位移骨架曲线
• 2.7 薄壁波纹钢管混凝土刚度退化
• 2.8 薄壁波纹钢管混凝土耗能能力
• 2.9 本章小结
• 第三章 薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能有限元模拟分析
• 3.1 引言
• 3.2 建立有限元计算模型
• 3.2.1 钢材本构关系模型
• 3.2.2 核心混凝土本构关系模型
• 3.2.3 反复荷载下混凝土损伤和刚度恢复特性
• 3.2.4 选取单元类型
• 3.2.5 划分单元
• 3.2.6 钢管与混凝土的接触
• 3.2.7 边界条件与加载方式
• 3.2.8 非线性方程组求解
• 3.3 有限元计算结果与试验结果对比
• 3.4 本章小结
• 第四章 薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 薄壁波纹钢管混凝土柱荷载-位移滞回关系骨架曲线
• 4.3 各种因素对薄壁波纹钢管混凝土柱荷载-位移骨架曲线的影响
• 4.4 薄壁波纹钢管混凝土柱荷载-位移滞回关系模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢