钢筋混凝土不等肢异形柱抗震性能试验研究

论文摘要

近年来,异形柱框架结构在我国多层住宅结构中的应用越来越广泛。钢筋混凝土异形柱框架结构柱肢厚度与墙厚一致,避免了普通矩形柱在房间内棱角凸出的缺点,具有较好的建筑美观效果。但由于异形柱截面的不规则性,其受力性能与普通矩形柱有所差异。另外,在实际工程中经常会遇到异形柱两个柱肢长度不等的情况。不等肢异形柱的受力性能,特别是抗震性能好坏,是人们比较关心的一个问题。本文以不等肢异形柱为研究对象,主要做了以下几个方面的工作:1.对13根钢筋混凝土异形柱进行了低周反复荷载作用下正截面承载力试验研究,分析各因素（如轴压比、柱肢尺寸、配箍率及截面配筋形式等）对异形柱抗震性能的影响。结果表明:轴压比的大小对异形柱的抗震性能有较大的影响,当轴压比较小时,柱的滞回曲线较丰满,延性和耗能能力好,具有较好的抗震性能:箍筋量的增加可以有效约束受压区混凝土,提高构件的延性;当柱肢厚度不变,改变肢长时,柱的承载力提高,但变形性能有所降低;采用腹板端部加强配筋的方法来提高柱的抗震性能,效果不明显。2.采用数值积分法对异形柱构件进行了非线性分析,并编制了计算机程序。利用该程序对异形柱压弯构件的荷载-位移骨架曲线进行了模拟,通过与本文正截面承载力试验结果的比较验证了计算模型的可靠性。用该计算程序进一步分析了混凝土强度、轴压比及柱肢截面尺寸等因素对异形柱正截面承载力和变形性能的影响规律。另外,对不同荷载角作用下的不等肢L、T形柱轴压比限值进行计算,发现对不等肢L形柱,当中和轴平行截面边缘且短肢受压时轴压比最低,对不等肢T形柱,不管翼缘尺寸较大还是腹板尺寸较大,当中和轴平行翼缘且腹板受压时轴压比最低。分析了柱肢尺寸对不等肢L、T形柱的轴压比限值的影响规律,并与等肢情况相比较,给出了不等肢L、T形柱轴压比限值的工程设计参考。对箍筋约束混凝土提高轴压比进行了分析,给出了轴压比限值提高的具体数值。3.通过对12根钢筋混凝土不等肢异形柱低周反复荷载作用下抗剪性能试验研究,分析了柱肢尺寸、轴压比、水平荷载方向及配箍率等因素对异形柱承载力和抗震性能的影响。试验结果表明:翼缘柱肢尺寸增大可以提高异形柱的抗剪承载力;与等肢情况不同,单根斜向加载不等肢L形截面柱抗剪承载力不一定大于沿框架工程轴加载方向的承载力。4.采用桁架—拱模型对异形柱抗剪承载力进行了分析,通过与试验结果比较来检验该模型的适用性。结果表明,异形柱的翼缘部分参与抗剪作用,能够提高试件的抗剪承载力。结合本次试验及他人试验结果,给出了考虑翼缘影响的异形柱斜截面抗剪承载力计算公式。5.对4个钢筋混凝土不等肢异形柱框架边节点进行了抗震性能试验研究,对节点的延性、耗能能力、刚度退化等方面进行了分析。试验结果表明:异形柱框架节点的裂缝形态、破坏方式和节点抗剪承载力受柱肢长度的影响;发生梁铰破坏方式的节点,具有较好的抗震性能。6.通过对不等肢异形柱框架节点非线性有限元分析,得到轴压比、柱肢长度及柱截面形状对异形柱节点裂缝开展和应力分布的影响规律。结果表明,如果合理选择模型和参数,借助有限元程序研究异形柱框架节点的特性是有效的,可以了解不等肢异形柱形状、柱肢尺寸对节点应力的影响规律。在分析钢筋混凝土不等肢异形柱节点受力的基础上,提出了异形柱节点抗裂承载力计算公式,提出的计算公式与试验结果进行对比,吻合较好。在以上试验和理论分析的基础上,对规范矩形柱节点核心区受剪承载力进行修正,得到异形柱框架节点核心区受剪承载力设计公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 异形柱双向偏心受压正截面承载力研究情况
• 1.2.1 国外异形柱双向偏心受压的研究情况
• 1.2.2 国内异形柱双向偏心受压的研究情况
• 1.3 低周反复荷载作用下异形柱正截面承载力研究情况
• 1.4 异形柱轴压比限值的研究
• 1.5 非线性分析研究情况
• 1.6 异形柱斜截面承载力研究情况
• 1.7 异形柱节点研究情况
• 1.8 异形柱框架研究情况
• 1.9 本文的主要工作
• 2 低周反复荷载作用下不等肢异形柱正截面承载力试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 试验轴压比的确定
• 2.1.3 材料力学性能
• 2.1.4 加载装置和加载制度
• 2.1.5 测点布置及量测内容
• 2.2 试验结果及分析
• 2.2.1 试件裂缝开展及破坏情况
• 2.2.2 纵筋应变分析
• 2.2.3 滞回曲线分析
• 2.2.4 承载力和刚度退化
• 2.2.5 延性分析
• 2.3 本章结论
• 附录2.1 异形柱荷载-位移滞回曲线
• 附录2.2 异形柱裂缝分布和破坏形态
• 3 不等肢异形柱非线性分析及轴压比限值的计算
• 3.1 前言
• 3.2 异形柱非线性分析理论与方法
• 3.2.1 非线性分析中的基本假定
• 3.2.2 截面弯矩—曲率关系计算
• 3.2.3 构件荷载—位移关系计算
• 3.3.4 与试验结果比较
• 3.2.5 各参数对异形柱受力性能的影响
• 3.2.6 小结
• 3.3 不等肢L、T形截面柱轴压比限值计算
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 计算过程
• 3.3.3 不等肢异形柱轴压比限值变化规律
• 3.3.4 截面尺寸对不等肢L、T形柱轴压比的影响
• 3.3.5 提高不等肢异形柱轴压比限值的分析
• 3.3.6 小结
• 3.4 钢筋混凝土不等肢L、T形截面柱设计建议
• 4 低周反复荷载作用下不等肢异形柱抗剪性能试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 材料力学性能
• 4.2.3 加载装置和加载制度
• 4.2.4 量测内容
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 试件破坏形态
• 4.3.2 裂缝分布特点
• 4.3.3 影响异形柱抗剪性能的因素
• 4.3.4 异形柱抗剪性能分析
• 4.3.5 箍筋应变分析
• 4.3.6 纵筋应变分析
• 4.3.7 试件延性分析
• 4.4 本章结论
• 附录4.1 剪切试件荷载-位移滞回曲线
• 5 不等肢异形柱抗剪承载力分析
• 5.1 前言
• 5.2 不等肢异形柱斜截面开裂承载力计算
• 5.2.1 基本理论及基本假定
• 5.2.2 公式推导
• 5.2.3 与试验结果比较
• 5.3 基于桁架—拱模型的异形柱抗剪机理分析
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 预测值与试验结果比较
• 5.4 异形柱抗剪承载力设计公式
• 5.4.1 拟合等肢异形柱斜截面抗剪承载力计算公式
• 5.4.2 等肢异形柱斜截面抗剪承载力下限公式的确定
• 5.4.3 不等肢异形柱抗剪承载力分析
• 5.4.4 不等肢异形柱抗剪承载力设计公式
• 5.5 本章结论
• 6 钢筋混凝土不等肢异形柱框架节点抗震性能试验研究
• 6.1 前言
• 6.2 试验概况
• 6.2.1 试件设计
• 6.2.2 材料力学性能
• 6.2.3 测点布置和量测方法
• 6.2.4 加载设备和加载制度
• 6.3 节点试验结果分析
• 6.3.1 裂缝开展及破坏形态
• 6.3.2 滞回曲线特征
• 6.3.3 节点箍筋应变分析
• 6.3.4 延性分析
• 6.3.5 刚度退化
• 6.3.6 耗能能力分析
• 6.4 本章结论
• 7 不等肢异形柱节点有限元分析及承载力计算
• 7.1 不等肢异形柱节点三维有限元分析
• 7.1.1 有限元分析步骤
• 7.1.2 不等肢异形柱框架节点有限元模型
• 7.1.3 有限元计算结果
• 7.1.4 影响因素分析
• 7.1.5 小结
• 7.2 不等肢异形柱节点抗裂承载力计算
• 7.2.1 不等肢异形柱中间层边节点作用剪力计算
• 7.2.2 不等肢异形柱框架节点抗裂承载力计算
• 7.2.3 与试验结果比较
• 7.2.4 设计参考
• 7.3 异形柱框架节点抗剪承载力计算
• 7.3.1 异形柱技术规程计算公式
• 7.3.2 混凝土结构设计规范计算公式
• 7.3.3 考虑翼缘影响的节点抗剪承载力计算公式
• 7.3.4 小结
• 7.4 本章结论
• 8 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢