新型高強(qiáng)混凝土組合柱抗震性能及設(shè)計方法研究.pdf

1、內(nèi)配管材約束高強(qiáng)混凝土柱、配矩形螺旋箍筋型鋼高強(qiáng)混凝土柱(以下統(tǒng)稱為“新型高強(qiáng)混凝土組合柱”)是指在高強(qiáng)混凝土柱中采用普通箍筋與PVC管(鋼管)組合、矩形螺旋箍筋與型鋼組合得到的新型組合構(gòu)件。該構(gòu)件能增強(qiáng)核心混凝土的約束作用,改善高強(qiáng)混凝土脆性,提高變形能力以滿足延性需求,具有良好的發(fā)展前景。本文通過試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬的方法對新型高強(qiáng)混凝土組合柱抗震性能及設(shè)計方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　依托地方材料,采用合理水膠比、摻加礦物

2、外加劑及高效減水劑等工藝,研制出具有良好工作性能的高強(qiáng)混凝土。根據(jù)現(xiàn)行混凝土試驗方法標(biāo)準(zhǔn),對高強(qiáng)混凝土基本力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系模型進(jìn)行系統(tǒng)的試驗及理論研究。
　　設(shè)計了12根配矩形螺旋箍筋型鋼高強(qiáng)混凝土柱、3根內(nèi)配PVC管約束高強(qiáng)混凝土短柱、1根內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土短柱和1根普通箍筋約束高強(qiáng)混凝土短柱進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗,研究了新型高強(qiáng)混凝土組合柱的破壞過程、破壞形態(tài)、變形能力、耗能能力和滯回性能,分析了剪跨比、軸壓比、混凝土強(qiáng)度

3、、體積配箍率、配箍形式、PVC管徑高比等參數(shù)對柱承載力、剛度、延性、耗能能力等性能的影響。研究表明,與普通箍筋約束高強(qiáng)混凝土柱相比,采用內(nèi)置PVC管、鋼管和型鋼得到的新型高強(qiáng)混凝土組合柱具有更優(yōu)越的抗震性能。
　　通過試驗結(jié)果分析,研究了各設(shè)計參數(shù)對新型高強(qiáng)混凝土組合柱極限受剪承載力的影響規(guī)律。根據(jù)試驗實測縱筋、箍筋、PVC管、鋼管以及型鋼的應(yīng)變情況,分析了新型高強(qiáng)混凝土組合柱發(fā)生不同破壞形態(tài)時的受力機(jī)理,建立受力簡化模型,推導(dǎo)出

4、內(nèi)配PVC管約束高強(qiáng)混凝土短柱、內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土短柱、配矩形螺旋箍筋型鋼高強(qiáng)混凝土柱的極限受剪承載力計算公式,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,表明提出的受剪承載力計算方法可靠。
　　基于大小偏壓界限破壞理論,首先推導(dǎo)出普通配筋的鋼筋高強(qiáng)混凝土柱的軸壓比限值計算方法,考慮箍筋約束、周邊縱筋、密集縱筋芯柱作用的影響,推導(dǎo)出與其相對應(yīng)的軸壓比限值計算公式,這也可適用于其它增強(qiáng)措施的高強(qiáng)混凝土柱設(shè)計。然后給出內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土柱和配

5、矩形螺旋箍筋型鋼高強(qiáng)混凝土柱發(fā)生彎曲破壞時的軸壓比限值計算方法,并利用試驗軸壓比進(jìn)行檢驗,結(jié)果表明計算軸壓比限值與實際情況吻合較好。對于剪跨比較小的配矩形螺旋箍筋型鋼高強(qiáng)混凝土柱,在考慮含鋼率、體積配箍率等因素對構(gòu)件延性有利影響的基礎(chǔ)上,給出發(fā)生剪切斜壓破壞時的軸壓比限值。
　　采用有限元軟件 ABAQUS對單調(diào)水平荷載作用下的新型高強(qiáng)混凝土組合柱受力性能進(jìn)行模擬,有限元結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行剪跨比、軸壓比、鋼材

6、屈服強(qiáng)度及含鋼率、管材徑高比、混凝土強(qiáng)度等因素為目標(biāo)參數(shù)的新型高強(qiáng)混凝土組合柱模擬分析,得到了各參數(shù)對新型高強(qiáng)混凝土組合柱受力性能的影響規(guī)律。
　　參照國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范,將鋼筋高強(qiáng)混凝土框架、內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土框架和型鋼高強(qiáng)混凝土框架的結(jié)構(gòu)性能水平劃分為正常使用、暫時使用、修復(fù)后使用、生命安全和防止倒塌五檔。基于國內(nèi)外試驗數(shù)據(jù)的分析,提出了鋼筋高強(qiáng)混凝土柱、內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土柱、型鋼高強(qiáng)混凝土柱及其框架對應(yīng)五檔性能水平的層間