核心型钢混凝土柱抗震构造与轴压性能试验研究

论文摘要

核心型钢混凝土（CSRC）柱是指在普通钢筋混凝土柱截面核心区域设置含钢率较低的实腹式型钢所形成的新型结构构件。该结构形式可以有效提高高轴压比下钢筋混凝土柱的抗震性能,因此该技术的应用可突破现行规范规定的轴压比限值。本文重点开展了三个方面的研究:（1）进行了5个核心型钢混凝土柱的低周反复加载试验;（2）进行了4个核心型钢混凝土柱和2个钢筋混凝土对比柱的轴压试验;（3）采用有限元软件ANSYS对核心型钢混凝土柱进行非线性全过程数值模拟。在核心型钢混凝土柱抗震性能以及抗震构造措施试验研究基础上,对核心型钢混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力、刚度退化和强度衰减等影响抗震性能的重要方面进行了综合分析,并重点研究了轴压比和型钢截断部位的局部构造对核心型钢混凝土柱抗震性能的影响。在核心型钢混凝土柱轴压性能试验研究基础上,对核心型钢混凝土柱在轴向压力下的破坏形态、P-Δ曲线和轴力分配特征进行了综合分析,着重研究了核心配钢和箍筋的体积配箍率对核心型钢混凝土柱轴压性能的影响。试验研究表明:（1）核心型钢混凝土柱具有良好的抗震性能;（2）本文采用的核心型钢柱底锚固方式和柱中截断的抗震构造措施合理;（3）加载方向沿核心型钢弱轴方向对核心型钢混凝土柱的抗震性能影响不明显;（4）设置配钢率为2.88%的核心型钢,试件的轴压强度可提高约30%,轴向变形能力可提高约一倍;（5）增加试件体积配箍率可有效提高试件的轴向变形能力并改变试件的脆性剪切破坏形态为整体压溃。对试件截面不同约束条件的区域采用不同的混凝土本构模型,利用有限元分析软件ANSYS对核心型钢混凝土柱进行非线性全过程数值模拟,并与试验结果进行对比。分析表明,程序计算结果与试验结果总体吻合较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 核心型钢混凝土结构的优点
• 1.2 核心型钢混凝土结构的研究与发展现状
• 1.2.1 国外研究现状及应用
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 CSRC 柱抗震性能和局部构造措施试验研究
• 2.1 试件设计及制作
• 2.1.1 试件尺寸及配筋
• 2.1.2 材料力学性能和试验参数
• 2.2 试验加载及量测方案
• 2.2.1 加载装置
• 2.2.2 加载制度
• 2.2.3 量测方案
• 2.3 试验加载过程及现象分析
• 2.3.1 试件破坏过程及特征
• 2.3.2 纵筋应变变化情况
• 2.3.3 箍筋应变变化情况
• 2.3.4 核心型钢应变变化情况
• 2.4 试件抗震性能分析
• 2.4.1 试件滞回特性分析
• 2.4.2 试件骨架曲线
• 2.4.3 强度衰减
• 2.4.4 刚度退化
• 2.4.5 延性
• 2.4.6 耗能能力
• 2.5 本章小结
• 第三章 CSRC 柱轴压性能试验研究
• 3.1 试件设计及制作
• 3.1.1 试件尺寸及配筋
• 3.1.2 材料力学性能和试验参数
• 3.2 试件加载装置及量测方案
• 3.2.1 加载装置
• 3.2.2 量测方案
• 3.3 试验加载过程及现象分析
• 3.3.1 试件破坏过程及特征
• 3.3.2 试件P-Δ曲线
• 3.4 轴力分配
• 3.4.1 应变变化
• 3.4.2 CSRC 柱轴力分配情况分析
• 3.5 抗压强度分析
• 3.5.1 轴向抗压承载力实用计算公式
• 3.5.2 计算值与试验值对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 CSRC 柱非线性全过程分析
• 4.1 混凝土材料的模拟
• 4.2 钢筋材料的模拟
• 4.3 型钢材料的模拟
• 4.4 CSRC 柱有限元模型的建立及求解
• 4.4.1 模型的建立
• 4.4.2 模型的求解
• 4.5 计算结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 对相关研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历