方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

论文摘要

方钢管混凝土柱具有承载力高、抗弯刚度大、施工方便等特点,越来越受到工程界的重视。到目前为止,对方钢管混凝土柱的抗震性能已进行大量的试验研究,但大都采用普通强度等级混凝土,而对方钢管高强混凝土柱抗震性能的研究相对较少。本文在分析国内外方钢管混凝土柱研究现状和工程应用的基础上,进行了8根方钢管高强混凝土柱的低周反复加载试验。试验中考虑了轴压比、含钢率和长细比三个影响因素;分析了构件在荷载作用下的滞回特性、承载能力、变形能力、刚度退化和耗能能力;比较了不同的试验参数对试验结果的影响。试验结果表明,在高轴压比的情况下,方钢管高强混凝土柱滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;达到极限荷载后具有良好的变形能力,位移延性系数在3.05～4.07之间,满足延性构件的要求;刚度退化平缓,耗能能力强;说明方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。通过分析可知,轴压比对构件抗震性能的影响最为显著,本文给出方钢管高强混凝土柱轴压比推荐限值。利用有限元分析软件ABAQUS建立方钢管高强混凝土柱的有限元分析模型,进行了低周反复荷载作用下的数值模拟。结果表明,理论曲线与试验曲线总体上吻合较好。在此基础上进行了荷载-位移全过程分析,得到了方钢管高强混凝土柱在受力过程中典型截面应力分布的变化特点;同时,利用有限元模型,对影响构件荷载-位移曲线的主要参数:含钢率、混凝土强度、钢材屈服强度、轴压比、长细比进行了分析,得到各参数对方钢管高强混凝土柱力学性能的影响规律。本文的研究成果可为方钢管高强混凝土柱的工程实践提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 钢管混凝土的特点与发展概况
• 1.1.1 钢管混凝土的特点
• 1.1.2 钢管混凝土的发展概况
• 1.2 方钢管混凝土的特点、应用与研究现状
• 1.2.1 方钢管混凝土的特点
• 1.2.2 方钢管混凝土的应用
• 1.2.3 方钢管混凝土的研究现状
• 1.3 采用有限单元法对钢管混凝土研究的现状
• 1.4 本文主要工作
• 2 方钢管高强混凝土柱抗震性能的试验研究
• 2.1 试件设计及制作
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 试件制作
• 2.1.3 材料性能
• 2.2 试验装置及试验方法
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 加载制度
• 2.3 试验数据量测
• 2.4 试验分析
• 2.4.1 试验现象分析
• 2.4.2 试验应变分析
• 3 方钢管高强混凝土柱的抗震性能分析
• 3.1 荷载—位移滞回曲线
• 3.2 P-Δ骨架曲线
• 3.2.1 承载力分析
• 3.2.2 延性分析
• 3.2.3 参数分析
• 3.3 耗能分析
• 3.4 刚度退化分析
• 3.5 N—Δ效应的影响
• 3.6 轴压比限值的研究
• 3.6.1 试验轴压比与设计轴压比的换算关系
• 3.6.2 轴压比限值的讨论
• 3.7 方钢管高强混凝土柱抗震性能的评价
• 4 方钢管高强混凝土柱有限元分析
• 4.1 材料的本构关系
• 4.1.1 钢材本构关系
• 4.1.2 混凝土本构关系
• 4.2 方钢管高强混凝土柱有限元模型的建立
• 4.2.1 单元选取与网格划分
• 4.2.2 界面模型
• 4.2.3 边界条件及荷载施加方式
• 4.2.4 计算结果与试验结果的对比
• 4.3 方钢管高强混凝土柱受力特性分析
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 含钢率
• 4.4.2 钢材屈服强度
• 4.4.3 混凝土抗压强度
• 4.4.4 轴压比
• 4.4.5 长细比
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢