復式鋼管混凝土軸壓性能及節(jié)點抗震試驗研究.pdf

1、鋼管混凝土經(jīng)過多年的發(fā)展,在傳統(tǒng)鋼管混凝土的基礎上,已經(jīng)出現(xiàn)了多種新的結構形式。由于鋼管混凝土在高層建筑、大跨橋梁等結構工程中廣泛的應用,柱承受的荷載越來越大,因此出現(xiàn)了內置型鋼、內置鋼管或多管以及 CFRP筒增強的新型鋼管混凝土重載柱,本文統(tǒng)稱之為復式鋼管混凝土結構。該結構在有效減小構件截面面積的同時,又可明顯提高承載能力和抗火能力,而且具有更好的延性。近幾年的理論研究和工程實踐表明,應用復式鋼管混凝土是切實可行的,并且有很大的發(fā)展?jié)?/p>

2、力。
　　 本文以復式鋼管混凝土作為研究對象,為方便分析和便于設計應用,將復式鋼管混凝土分為內圓鋼管、型鋼、CFRP增強型鋼管混凝土及復式空心鋼管混凝土四種形式。對各種截面的復式鋼管混凝土的軸壓性能進行理論分析和數(shù)值計算,擬建立統(tǒng)一可行的剛度和承載力計算方法。另一方面,節(jié)點是鋼管混凝土體系中非常重要而又薄弱的環(huán)節(jié)。而我國大多數(shù)建筑的樓蓋采用鋼筋混凝土梁板結構,推廣應用鋼管混凝土柱的關鍵之一是解決鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。

3、因此本文設計了一種新型復式鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接形式--外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點,由于樓層間外鋼管不連通,梁縱筋可在節(jié)點區(qū)內貫通,傳力路徑明確,節(jié)點整體性強,施工簡便,具有良好的應用前景。本文主要研究工作有:
　　 1.抗壓剛度和承載力是結構構件重要的力學性質。本文基于簡單疊加、鋼管混凝土統(tǒng)一理論和彈性力學的方法對復式鋼管混凝土軸壓剛度進行了研究；分析了混凝土橫向變形系數(shù)、鋼管泊松比和含鋼率是影響組合柱軸壓剛度的主要因素。

4、
　　 2.本文提出了組合約束效應系數(shù),把鋼管混凝土統(tǒng)一理論研究成果推廣應用于復式鋼管混凝土軸壓強度計算中,所得到的承載力計算公式形式統(tǒng)一,計算簡便；同時,運用雙剪統(tǒng)一強度理論分析各種工況下復式鋼管混凝土組成部分的極限承載能力,根據(jù)極限平衡原理得出組合柱的軸壓承載力。以上兩種方法均取得了較好的結果,并對復式鋼管混凝土承載力的影響因素進行了分析。
　　 3.根據(jù)軸壓性能研究,分析復式鋼管混凝土的性能影響參數(shù),并對各類型的復

5、式鋼管混凝土進行參數(shù)優(yōu)化設計,得出最優(yōu)的復式鋼管混凝土設計理念。通過對各種截面復式鋼管混凝土在受力性能和經(jīng)濟性上的對比,以及出于對其梁柱連接形式的考慮,認為內圓外方雙鋼管混凝土是比較理想的復式鋼管混凝土結構,在實際工程中具有廣闊的應用前景。
　　 4.對四個復式鋼管混凝土外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點試件進行低周反復荷載試驗,分析研究該類型節(jié)點在恒定軸力和反復剪力作用下的抗震性能,對結構的破壞形態(tài)、破壞機制、滯回曲線、骨架曲線、位移延性、

6、剛度退化、耗能能力等性能進行了較為深入系統(tǒng)的研究。建立了該新型外鋼管不連通環(huán)梁節(jié)點的恢復力模型,可以較好地反映其滯回性能,可作為結構彈塑性地震反應分析時參考。
　　 5.采用有限元軟件 ANSYS對復式鋼管混凝土節(jié)點進行三維非線性有限元模擬,得到了節(jié)點單調加載的荷載-位移曲線,并與試驗的骨架曲線進行比較。同時對該節(jié)點的軸壓性能進行研究,分析節(jié)點的內部受力機理,討論了混凝土強度,內鋼管尺寸及環(huán)梁配筋對節(jié)點軸壓受力性能的影響。結合試