钢骨混凝土异形柱延性性能研究

论文摘要

异形柱结构具有节省空间,有助于提高建筑有效使用面积的特点,但由于其截面的不规则性,往往不能有令人满意的承载力和延性性能。因此本文主要研究在混凝土异形柱中加入型钢形成钢骨混凝土异形柱后的延性性能。在轴向力及弯矩共同作用下钢骨混凝土异形柱截面承载力和截面延性的计算是很复杂的,柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直,也不与截面边缘平行,它随轴压比,荷载角,截面尺寸,配筋情况等诸多因素的变化而异。本文根据平截面假定,混凝土、型钢以及钢筋的应力应变关系和力的平衡条件,采用数值方法对15根T形截面、15根L形截面和15根十字形截面的钢骨混凝土异形柱进行了在轴向力及弯矩共同作用下加载直至破坏的非线性全过程分析。L形与T形截面柱分别考虑了36种荷载角,6种轴压比,3种混凝土强度等级,3种配钢率,2种配钢形式,3种配箍率,3种配钢位置,3种截面尺寸,2种箍筋直径,300种箍筋间距与纵筋直径不同比值,而十字形截面考虑了9种荷载角,6种轴压比,3种混凝土强度等级,3种配钢率,2种配钢形式,3种配箍率,3种配钢位置,3种截面尺寸,2种箍筋直径,300种箍筋间距与纵筋直径不同比值,共计算了2658种不同的钢骨混凝土异形柱的加载方案,从而得出钢骨混凝土L形、T形和十字形截面柱的截面曲率延性系数的变化规律,结论表明影响钢骨混凝土异形柱截面曲率延性系数μ_φ的主要因素是荷载角α,轴压比n和箍筋间距与纵筋直径之比(s/d),并且得出3种截面异形柱各自的最不利荷载角。在此基础上再通过对300根L形,300根T形,300根十字形截面柱在其最不利荷载角作用下进行非线性全过程分析,然后采用最小二乘法对得到的延性数据进行回归分析,得出3种截面形式的钢骨混凝土异形柱截面曲率延性的计算公式。为了适应异形柱截面形式和型钢的变化,本文算法对截面计算单元的划分进行处理,以截面边界线取代二维网格作计算单元,建立力平衡方程组,然后采用外插法对隐式非线性方程组求解,得出钢骨混凝土异形柱的内力和截面变形。该算法在保证高精度的前提下有很高的计算效率。本文还在16根钢骨混凝土T形截面柱反复加载试验的基础上,考虑荷载角α,轴压比n,和剪跨比λ的影响,对T形截面柱进行滞回性能分析,结论表明:数值模拟结果与试验数据相一致,各种情况下的滞回曲线比较饱满,钢骨混凝土T形截面柱具有良好的耗能性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 异形柱的特点
• 1.1.1 异形柱的优点
• 1.1.2 异形柱的缺点
• 1.2 异形柱的发展和研究现状
• 1.3 钢骨混凝土异形柱的研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 2 钢骨混凝土异形柱延性性能研究的数值方法
• 2.1 钢骨混凝土异形柱压弯构件延性性能数值研究理论
• 2.1.1 基本假定
• 2.1.2 单元划分
• 2.1.3 求解基本单元的内力
• 2.1.4 全截面内力计算
• 2.1.5 迭代方法
• 2.1.6 弯矩-曲率关系计算步骤
• 2.2 程序准确性和精度评价
• 2.3 前处理程序
• 2.4 本章结论
• 3 钢骨混凝土L形截面压弯构件延性性能研究
• 3.1 钢骨混凝土异形柱试件设计
• 3.2 钢骨混凝土异形柱正截面承载力研究方法
• 3.3 各参数对钢骨混凝土L形截面双向压弯柱延性性能的影响
• 3.3.1 荷载角的影响
• 3.3.2 轴压比的影响
• 3.3.3 箍筋、纵筋直径的影响
• 3.3.4 型钢位置的影响
• 3.3.5 混凝土强度等级的影响
• 3.3.6 配钢率的影响
• 3.3.7 异形柱肢长的影响
• 3.3.8 钢骨形式的影响
• 3.3.9 总结
• 3.4 钢骨混凝土L形截面双向压弯柱截面曲率延性计算
• 3.5 本章结论
• 4 钢骨混凝土T形截面压弯构件延性性能研究
• 4.1 钢骨混凝土T形截面柱承载力
• 4.2 各参数对钢骨混凝土T形截面双向压弯柱延性性能的影响
• 4.2.1 荷载角的影响
• 4.2.2 轴压比的影响
• 4.2.3 箍筋、纵筋直径的影响
• 4.2.4 型钢位置的影响
• 4.2.5 混凝土强度等级的影响
• 4.2.6 配钢率的影响
• 4.2.7 异形柱肢长的影响
• 4.2.8 钢骨形式的影响
• 4.2.9 总结
• 4.3 钢骨混凝土T形截面双向压弯柱截面曲率延性计算
• 4.4 本章结论
• 5 钢骨混凝土十字形截面压弯构件延性性能研究
• 5.1 钢骨混凝土十字形截面柱承载力
• 5.2 各参数对钢骨混凝土十字形截面双向压弯柱延性性能的影响
• 5.2.1 荷载角的影响
• 5.2.2 轴压比的影响
• 5.2.3 纵筋直径、箍筋直径与间距的影响
• 5.2.4 型钢位置的影响
• 5.2.5 混凝土强度等级的影响
• 5.2.6 配钢率的影响
• 5.2.7 异形柱肢长的影响
• 5.2.8 钢骨形式的影响
• 5.2.9 总结
• 5.3 钢骨混凝土十字形截面双向压弯柱截面曲率延性计算
• 5.4 本章结论
• 6 钢骨混凝土T形截面柱的滞回性能研究
• 6.1 钢骨混凝土T形截面柱反复加载试验模拟
• 6.1.1 试验概述
• 6.1.2 建立几何模型
• 6.1.3 建立材料模型
• 6.1.4 有限元计算结果及分析
• 6.2 钢骨混凝土矩形截面柱往复加载试验模拟
• 6.2.1 试验概述
• 6.2.2 建立几何模型
• 6.2.3 建立材料模型
• 6.2.4 有限元计算结果及分析
• 6.3 钢骨混凝土T形截面柱滞回性能
• 6.3.1 钢骨混凝土异形柱试件设计
• 6.3.2 有限元模型
• 6.3.3 计算结果及分析
• 6.3.4 位移延性系数
• 6.3.5 数据分析
• 6.4 本章结论
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录