火灾后钢管混凝土压弯构件的滞回性能研究

论文摘要

火灾后组成钢管混凝土的钢材和混凝土力学性能的降低,可能造成钢管混凝土柱抗震性能的改变。深入研究火灾后钢管混凝土柱抗震性能对火灾后该类结构的修复加固具有十分重要的理论意义和实用价值,以往国内外对该方面的研究尚少见报道。本文对标准火灾作用后钢管混凝土构件在往复荷载作用下的力学性能进行了研究,具体进行了如下工作:（1）进行了17个钢管混凝土构件单调加载和43个钢管混凝土构件往复加载的实验研究。试件的升温按国际标准化委员会标准ISO-834和我国《GB/T 9978-1999建筑结构耐火试验方法》所规定的建筑火灾标准升温曲线进行。通过实验,考察了受火时间、轴压比、截面形状、加固与否等对钢管混凝土压弯构件强度、刚度、耗能以及位移延性的影响规律。（2）在确定高温后钢材和混凝土在往复荷载作用下的应力-应变关系以及构件截面温度场的基础上,考虑力-温度-时间作用路径,建立了火灾后钢管混凝土压弯构件滞回性能的理论分析模型,对火灾后钢管混凝土构件的弯矩-曲率（M-φ）、荷载-变形（P-Δ）滞回关系曲线进行了分析,计算结果与实验结果总体上吻合较好。（3）利用有限元软件ABAQUS/Standard 6.4,建立了火灾后钢管混凝土构件的理论分析模型,对火灾后轴压、压弯构件的荷载-变形关系曲线进行了分析,比较了常温和火灾后构件在受力过程中截面上的应力分布状态以及钢管与核心混凝土之间的相互作用,较深入地认识了火灾后钢管混凝土构件的受力特性。（4）对影响弯矩-曲率（M-φ）、荷载-变形（P-Δ）滞回曲线骨架线的各种因素,如受火时间、轴压比、长细比、含钢率、钢材及混凝土强度等参数进行了分析。在此基础上推导了火灾后钢管混凝土柱M-φ、P-?恢复力模型以及位移延性系数简化计算公式。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土的特点与发展
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 相关课题研究现状
• 1.3.1 钢管混凝土柱的滞回性能
• 1.3.2 火灾下钢管混凝土柱的力学性能
• 1.3.3 火灾后钢管混凝土柱的力学性能
• 1.4 本文的研究内容、方法及研究成果
• 1.4.1 研究内容与方法
• 1.4.2 研究成果
• 第二章 火灾后钢管混凝土压弯构件滞回性能实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 火灾后钢管混凝土压弯构件滞回性能
• 2.2.1 实验概况
• 2.2.1.1 试件设计与制作
• 2.2.1.2 试件升温
• 2.2.1.3 实验装置及加载制度
• 2.2.2 实验现象、实验结果与分析
• 2.2.2.1 试件破坏形态
• 2.2.2.2 P-Δ滞回曲线
• 2.2.2.3 各参数对P-Δ滞回曲线关系骨架线的影响
• 2.2.2.4 火灾后构件的极限承载力
• 2.2.2.5 刚度退化曲线
• 2.2.2.6 轴向变形曲线
• 2.2.2.7 典型的M-φ滞回曲线
• 2.2.2.8 核心混凝土的微观结构分析
• 2.3 火灾后钢管混凝土柱抗震加固方法探讨
• 2.3.1 轴压短柱
• 2.3.1.1 实验概况
• 2.3.1.2 实验方法
• 2.3.1.3 实验现象与实验结果
• 2.3.2 压弯构件单调加载
• 2.3.2.1 试件设计
• 2.3.2.2 试件升温与加固
• 2.3.2.3 实验方法
• 2.3.2.4 实验现象与实验结果
• 2.3.3 压弯构件往复加载
• 2.3.3.1 实验概况
• 2.3.3.2 试件破坏形态
• 2.3.3.3 P-?滞回曲线
• 2.3.3.4 轴压比对P-Δ滞回曲线关系骨架线的影响
• 2.3.3.5 加固前后试件P-Δ滞回曲线关系骨架线
• 2.3.3.6 刚度退化曲线
• 2.3.3.7 累积耗能
• 2.3.3.8 轴向变形曲线
• 2.3.3.9 挠度沿试件长度方向的分布
• 2.3.3.10 荷载-应变曲线
• 2.3.3.11 抗弯刚度计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 火灾后钢管混凝土压弯构件滞回性能理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料的应力-应变关系
• 3.2.1 单调加载
• 3.2.1.1 钢材
• 3.2.1.2 混凝土
• 3.2.2 往复加载
• 3.2.2.1 钢材
• 3.2.2.2 混凝土
• 3.3 轴压构件力学性能分析
• 3.3.1 纤维模型法
• 3.3.1.1 计算过程
• 3.3.1.2 计算结果与实验结果比较
• 3.3.2 有限元法
• 3.3.2.1 温度场计算
• 3.3.2.2 受力特性分析
• 3.4 压弯构件力学性能分析
• 3.4.1 纤维模型法
• 3.4.1.1 单调加载
• 3.4.1.2 往复加载
• 3.4.2 有限元法
• 3.4.2.1 建立模型
• 3.4.2.2 计算结果与实验结果比较
• 3.4.2.3 受力特性分析
• 3.4.3 钢管混凝土压弯构件滞回性能分析
• 3.4.3.1 基本假定
• 3.4.3.2 单元划分、截面内力计算
• 3.4.3.3 钢材和混凝土应力-应变关系的转换
• 3.4.3.4 计算过程
• 3.4.3.5 典型的荷载-变形滞回关系曲线
• 3.4.3.6 不同的力-温度路径对荷载-变形关系曲线的影响规律
• 3.5 本章小结
• 第四章 参数分析与实用计算方法
• 4.1 引言
• 4.2 压弯构件承载力实用计算方法
• 4.3 弯矩-曲率滞回模型
• 4.3.1 骨架线特点
• 4.3.2 恢复力模型
• 4.4 荷载-变形滞回模型
• 4.4.1 骨架线特点
• 4.4.2 恢复力模型
• 4.5 延性系数简化计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢