矩形鋼管混凝土柱共同工作組合力學性能研究.pdf

1、鋼管混凝土柱因具有承載力高，延性好和耗能能力強等優(yōu)點己逐漸在現(xiàn)代結構中被采用。矩形鋼管混凝土柱不僅克服了圓鋼管混凝土柱因截面形狀特殊帶來的節(jié)點設計困難的缺點，而且還優(yōu)于方鋼管混凝土柱能在兩個主軸方向提供不同的抗彎剛度以滿足結構優(yōu)化設計需求的優(yōu)點。因此，矩形鋼管混凝土柱在實際應用中具有廣泛的發(fā)展前景。
　　 鋼與混凝土之間的界面承載力是鋼和混凝土共同工作的保證和表征。對界面承載力的不同認定是目前國內外現(xiàn)行規(guī)范中鋼管混凝土結構計算理

2、論差異的根本原因。鋼管混凝土柱的截面形式不僅影響了鋼管對核心混凝土的約束力，也影響了界面承載力的大小以及鋼管混凝土柱的整體力學性能。先前關于鋼管混凝土的基本力學性能研究主要集中在圓形和方形鋼管混凝土柱的性能研究，對矩形鋼管混凝土柱的基本力學性能研究尚不充分，因此尚需要進行深入研究以指導實際工程。
　　 本文主要從界面承載力，不同加載方式對構件軸壓性能的影響以及核心混凝土對矩形鋼管混凝土構件偏壓性能的貢獻率等方面開展了矩形鋼管混凝

3、土柱的基本力學性能研究。
　　 為研究矩形鋼管混凝土柱的界面粘結性能，對18個矩形鋼管混凝土柱進行了推出試驗研究。主要的試驗參數(shù)有：混凝土強度等級、鋼材強度等級、界面粘結長度、截面尺寸和界面處理方式。試驗結果表明：對鋼管表面進行潤滑處理能使界面承載力明顯降低；在所有正常界面處理的構件中(界面沒有做潤滑處理)，混凝土強度對于界面承載力的影響最大。此外，根據(jù)試驗結果分析了構件的荷載一滑移曲線；提出了一個四折線型的界面應力-滑移模型；

4、揭示了界面應力在鋼管截面短邊和長邊方向沿鋼管全長的分布；通過對本次試驗數(shù)據(jù)和他人試驗數(shù)據(jù)進行非線性回歸，首次提出了矩形鋼管混凝土柱的平均極限界面應力計算公式。
　　 為進一步深入研究矩形鋼管混凝土柱的界面粘結性能，明確界面承載力的組成成分的比例，對6個相同截面大小的矩形鋼管混凝土柱進行了反復推出試驗。主要的試驗參數(shù)有：混凝土強度等級和不同的界面處理方式。根據(jù)試驗結果分析了在反復加載過程中界面承載力的發(fā)展和組成。通過對比第一次加載

5、過程中界面處理的構件與界面未處理構件的平均極限承載力得到了機械咬合力占界面承載力的比率；通過對比第一次和第三次加載過程中界面未處理構件的平均極限承載力確定了界面摩擦力占界面承載力的比率。在此基礎上，首次提出了矩形鋼管混凝土柱的界面承載力三個組成部分：化學膠結力、機械咬合力和界面摩擦力的相對比率。最后研究了矩形鋼管混凝土柱的臨界剪力傳遞長度的確定方法，以指導實際工程中矩形鋼管混凝土柱的設計。
　　 為研究全截面受壓和鋼管先受壓兩種

6、不同受壓方式對鋼管混凝土柱軸壓性能的影響，對18個鋼管混凝土柱開展了軸壓性能試驗研究。根據(jù)試驗結果，比較了不同受壓方式對矩形鋼管混凝土柱的極限承載力的影響；分析了矩形鋼管混凝土柱的泊松比隨著荷載增加的發(fā)展變化；研究了鋼對混凝土的約束系數(shù)對構件在軸心荷載作用下的強度指標和延性指標的影響；根據(jù)鋼管應變變化，分析了鋼管對構件承載力的貢獻，研究了鋼材的軸力分配系數(shù)隨荷載增加的變化過程；將本次試驗結果以及參考文獻中關于矩形鋼管混凝土柱的軸壓試驗研

7、究的試驗數(shù)據(jù)與各國規(guī)范預測值進行對比，提出了矩形鋼管混凝土柱在鋼管先受壓方式下的承載力計算公式，并在考慮界面承載力大小的基礎上，分析了現(xiàn)存三大計算理論的優(yōu)缺點，并分析其對全截面受壓方式的矩形鋼管混凝土柱的承載力預測精度，指出在預測矩形鋼管混凝土柱的軸壓承載力方面上，疊加理論是計算原理合理和精度較高的計算理論。
　　 為研究矩形鋼管混凝土柱的偏壓性能，對17個鋼管混凝土柱進行了單向壓彎和雙向壓彎試驗研究。主要的研究參數(shù)有：混凝土強

8、度等級、鋼材強度等級、截面尺寸、偏心距。記錄了試驗過程中試件在兩個主軸方向荷載與跨中側移的變化關系，以及構件豎向壓縮隨荷載的變化關系；分別研究了鋼管混凝土約束系數(shù)和偏心率對試件在偏壓荷載作用時的強度指標和延性指標的影響；通過有限元軟件建立了在實際試驗中采用的矩形鋼管的模型，模擬得到空鋼管在相應偏心荷載作用下的承載力，對比有限元結果和試驗結果得到了核心混凝土對鋼管混凝柱偏壓承載力提高的貢獻率；根據(jù)AISC2005和EC4中塑性應力分布法的