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《清华大学》 2010年 博士论文
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竖向组合构件抗震性能研究

江枣  
【摘要】:由于高层和超高层建筑的不断发展,传统钢筋混凝土柱和剪力墙已不能满足工程要求,在此背景下,具有显著优点的钢-混凝土竖向组合构件越来越受到关注,工程应用也越来越多。钢管混凝土组合柱和钢管混凝土组合剪力墙是两种新型的竖向组合构件,对其抗震性能等的研究尚不充分。本文通过理论分析、试验研究和数值计算,研究钢管混凝土组合柱和钢管混凝土组合剪力墙的变形能力、承载能力和损伤性能等,为钢管混凝土组合柱和组合剪力墙的工程应用提供理论依据。 本文的主要工作和成果包括:1)分析了作为钢管混凝土竖向组合构件关键组成部分的钢管混凝土柱的轴心受压受力机理,并据此提出钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算公式,其中引入反映钢管轴压承载作用和对混凝土约束作用的钢管约束承载力提高系数。2)分析了钢管混凝土组合柱的箍筋对钢管内外混凝土的约束作用和钢管对管内混凝土的约束作用,提出了轴心受压组合柱轴压力与应变的关系式,通过极限分析确定了轴心受压组合柱的承载力极限状态和组合柱峰值应变,提出了组合柱轴压承载力计算方法,并用试验数据进行了验证;建立了轴心受压组合柱极限压应变的计算公式,通过算例比较了钢筋混凝土柱与组合柱的极限压应变;为使组合柱的轴心受压破坏形态较为合理,提出了钢管混凝土截面积占组合柱总截面比例应有上限,并给出了组合柱不同设计参数条件下钢管混凝土截面积比例的上限值。3)进行了钢管混凝土组合剪力墙在高轴压力和往复水平力作用下的拟静力试验,研究了组合剪力墙的抗震性能,分析了各设计参数对组合剪力墙承载力、变形能力、耗能能力等抗震性能的影响,探讨了轴压比限值及约束边缘构件的箍筋配置。4)在已有钢筋混凝土构件变形能力计算方法的基础上,提出了钢管混凝土组合柱和组合剪力墙变形能力计算方法,采用数值计算研究了钢骨/钢管混凝土组合剪力墙的弯矩-曲率关系。5)建立了钢管混凝土组合柱和组合剪力墙基于低周累积损伤的耗能计算方法和损伤模型,并对耗能和损伤计算方法进行了试验数据验证,在此基础上提出了钢管混凝土组合柱和组合剪力墙的损伤指标。


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