H型钢部分包裹混凝土组合短柱偏心受力性能研究

论文摘要

本文研究了一种新型钢—混凝土组合柱,在焊接H型钢两翼缘之间焊接一定数量的横向系杆,然后浇筑混凝土而形成,称为部分包裹混凝土组合柱。这种组合柱具有支模和浇筑混凝土方便、防火性能好等优点。为了研究这种新型组合柱的受力性能,本文对8根焊接H型钢部分包裹混凝土组合短柱进行了偏心受压试验,主要考虑了含钢率、横向系杆间距、偏心率等因素的影响。试验结果表明,钢与混凝土能够很好的协同工作,达到最大荷载前,翼缘没有发生局部屈曲。这种组合结构柱最终的破坏模式为混凝土压碎,横向系杆间翼缘发生局部屈曲。随着含钢率的增大,部分包裹混凝土组合短柱的承载力不断提高,达到极限承载力后,即使混凝土保护层脱落,但由于横向系杆、翼缘及腹板对核心混凝土的共同约束作用,试件仍然能够继续承担很大的载荷,比钢筋混凝土柱有更好的变形能力和较稳定的后期承载能力;提高箍筋的配筋率,将会提高构件的承载力和延性;偏心率是影响部分包裹混凝土组合短柱受力性能的最主要因素。最后,推导出了部分包裹混凝土组合短柱在偏心荷载作用下的承载力计算公式,同时编制了部分包裹混凝土组合短柱承载力数值计算程序,数值计算结果与试验结果吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 钢与混凝土组合结构特点
• 1.1.1 组合结构的特点
• 1.1.2 部分包裹混凝土组合柱的特点及应用
• 1.2 国内外H 型钢部分包裹混凝土组合结构的研究现状
• 1.2.1 国内对H 型钢部分包裹混凝土结构的研究
• 1.2.2 国外对标准H 型钢截面PEC 柱的研究
• 1.2.3 国外对焊接薄壁H 型钢截面PEC 柱的研究
• 1.3 课题的背景及意义
• 1.4 本文研究工作的主要目标
• 2 试验研究方案
• 2.1 试件的设计与制作
• 2.1.1 试件的设计与制作
• 2.1.2 材料力学性能
• 2.2 试件的测点布置及测定参数
• 2.3 试验加载装置及数据采集系统
• 2.3.1 数据采集
• 2.3.2 加载板的制作
• 2.4 试验加载方式和量测方法
• 3 试验结果及分析
• 3.1 试验过程描述及PEC 短柱的破坏模式
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 试验过程及破坏模式
• 3.2 PEC 短柱的荷载-变形曲线
• 3.2.1 PEC 偏心受压短柱承载力与纵向应变的关系曲线
• 3.2.2 PEC 偏压短柱承载力与挠度的关系曲线
• 3.2.3 PEC 偏压短柱工作过程分析
• 3.2.4 PEC 偏压短柱荷载与腹板应变关系曲线
• 3.2.5 PEC 偏压短柱荷载与混凝土受压应变的关系
• 3.2.6 PEC 偏压短柱的承载力与系杆应变的关系
• 3.2.7 PEC 偏压短柱沿截面高度方向应变曲线
• 3.2.8 PEC 偏压短柱延性分析
• 3.3 PEC 短柱的承载力与含钢率的关系
• 3.4 PEC 短柱的承载力与偏心率的关系
• 3.5 PEC 短柱的承载力与横向系杆间距的关系
• 4 PEC 偏压短柱承载力的非线性过程分析
• 4.1 PEC 偏心受压承载力数值计算方法
• 4.1.1 截面离散
• 4.1.2 PEC 偏压短柱材料的本构关系
• 4.2 数值分析过程
• 4.3 计算结果
• 5 焊接H 型钢PEC 偏压短柱承载力计算
• 5.1 PEC 短柱偏心受压极限承载力的分析
• 5.2 PEC 短柱计算基本假定
• 5.3 混凝土强度提高系数
• 5.4 PEC 偏心受压短柱基本公式
• 5.4.1 小偏心受压时基本公式和适用条件
• 5.4.2 大偏心受压公式
• 5.5 PEC 偏压短柱承载力试验值与公式计算值的比较
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢