方鋼管約束鋼筋混凝土和型鋼混凝土短柱的力學(xué)性能.pdf

1、現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法要求結(jié)構(gòu)的極限承載力和延性高于地震對結(jié)構(gòu)的作用。然而鋼筋混凝土短柱的抗震性能差，難以滿足抗震設(shè)計(jì)要求；因此改善鋼筋混凝土短柱的抗震性能，使鋼筋混凝土短柱在地震區(qū)應(yīng)用時(shí)滿足抗震設(shè)計(jì)要求，是結(jié)構(gòu)工程學(xué)科亟待解決的問題。短柱在高層結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛；但鋼筋混凝土短柱在地震作用下易產(chǎn)生脆性的剪切破壞，導(dǎo)致框架柱的延性、彈塑性變形能力和耗能能力顯著降低。
　　現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法要求結(jié)構(gòu)的極限承載力和延性高于地

2、震對結(jié)構(gòu)的作用。然而鋼筋混凝土短柱的抗震性能差，難以滿足抗震設(shè)計(jì)要求；因此改善鋼筋混凝土短柱的抗震性能，使鋼筋混凝土短柱在地震區(qū)應(yīng)用時(shí)滿足抗震設(shè)計(jì)要求，是結(jié)構(gòu)工程學(xué)科亟待解決的問題。短柱在高層結(jié)構(gòu)、發(fā)電塔混凝土結(jié)構(gòu)及其它結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。這些柱子在設(shè)計(jì)中均按照中長柱設(shè)計(jì)，但是在部分承重墻施工完畢后，柱子由于層高的變化而由中長柱變?yōu)槎讨?。鋼筋混凝土短柱在地震作用下易產(chǎn)生脆性的剪切破壞，導(dǎo)致框架柱的延性、彈塑性變形能力和耗能能力顯著降低。

3、r>　　鋼管約束鋼筋混凝土短柱是特殊的鋼管混凝土柱，其鋼管不貫穿梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)，在梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)處斷開并與梁間預(yù)留一定縫隙，從而保證了鋼管不直接承擔(dān)縱向荷載，使其對核心混凝土的約束作用得到充分發(fā)揮。
　　本文對方鋼管約束鋼筋混凝土和方鋼管約束型鋼混凝土超短柱的軸壓力學(xué)性能和滯回性能進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究和理論分析，主要內(nèi)容如下：
　　(1)進(jìn)行了20個(gè)方鋼管約束鋼筋混凝土短柱在軸壓荷載作用下的極限承載力試驗(yàn)研究；試驗(yàn)的主要參數(shù)為核

4、心混凝土抗壓強(qiáng)度和鋼管的寬厚比。試驗(yàn)結(jié)果表明，軸壓短柱中鋼管的分隔高度對構(gòu)件的破壞模式和極限承載力無明顯影響?；炷翉?qiáng)度和柱內(nèi)縱筋配置對方鋼管約束鋼筋混凝土軸壓短柱的鋼管橫向應(yīng)力無顯著影響。建立了方鋼管約束鋼筋混凝土軸壓短柱的非線性有限元模型，有限元計(jì)算結(jié)果得到了試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證；采用有限元模型對方鋼管約束鋼筋混凝土軸壓短柱進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。
　　(2)對12個(gè)方鋼管約束型鋼混凝土和普通型鋼混凝土短柱在軸向荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)

5、行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)的主要參數(shù)是鋼管的寬厚比。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同用鋼量條件下，方鋼管約束型鋼混凝土短柱的軸壓承載力高于型鋼混凝土短柱。方鋼管約束型鋼混凝土軸壓短柱中鋼管的分隔高度對構(gòu)件的破壞模式和極限承載力無明顯影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了軸壓荷載作用下鋼管的應(yīng)力發(fā)展過程。建立了方鋼管約束型鋼混凝土軸壓短柱的非線性有限元模型，有限元模型得到了試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。采用有限元方法對方鋼管約束型鋼混凝土短柱的軸壓力學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。在方鋼管

6、約束鋼筋混凝土和方鋼管約束型鋼混凝土軸壓短柱的試驗(yàn)結(jié)果和有限元參數(shù)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了適用于兩種構(gòu)件形式的統(tǒng)一軸壓承載力公式。
　　(3)進(jìn)行了6個(gè)方鋼管約束鋼筋混凝土和1個(gè)鋼筋混凝土超短柱的滯洄性能試驗(yàn)研究，試件的剪跨比均為1.5，試驗(yàn)的主要參數(shù)是軸壓比和鋼管寬厚比。試驗(yàn)結(jié)果表明，恒定軸力和往復(fù)水平荷載作用下，方鋼管約束鋼筋混凝土超短柱的抗剪承載力、延性、耗能能力和彈塑性變形能力均高于普通鋼筋混凝土超短柱。較低軸壓比條件下，

7、方鋼管約束鋼筋混凝土短柱的破壞模式為彎曲破壞；隨軸壓比的提高，構(gòu)件的破壞模式轉(zhuǎn)化為剪切破壞。鋼管寬厚比亦對構(gòu)件塑性變形能力有較大影響。建立非線性有限元模型對恒定軸向壓力和往復(fù)水平荷載共同作用下的方鋼管約束鋼筋混凝土超短柱的抗震性能進(jìn)行分析，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析。
　　(4)進(jìn)行了6個(gè)方鋼管約束型鋼混凝土和1個(gè)普通型鋼混凝土超短柱在恒定軸力和往復(fù)水平荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)研究，試

8、驗(yàn)的主要參數(shù)是軸壓比和鋼管寬厚比。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同用鋼量條件下，方鋼管約束型鋼混凝土超短柱的抗剪承載力、延性、耗能能力和彈塑性變形能力均高于普通型鋼混凝土構(gòu)件。試驗(yàn)結(jié)果表明方鋼管約束型鋼混凝土超短柱的塑性變形能力主要取決于構(gòu)件鋼管寬厚比，而破壞模式主要取決于構(gòu)件軸壓比。采用有限元模型對方鋼管約束型鋼混凝土超短柱在單向水平荷載作用下的承載能力進(jìn)行了分析，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，從而驗(yàn)證了有限元模型的可靠性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)