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箍筋约束混凝土异形柱轴压性能试验及理论研究

王晓伟  
【摘要】: 异形柱框结构是近年来住宅中应用较为广泛的结构形式,目前常通过计算机软件对异形柱构件及其结构的受力过程和抗震性能进行非线性分析,计算机软件模拟分析的准确性主要取决于分析模型和材料模型的合理性。目前可用于非线性分析的箍筋约束混凝土模型是建立在矩形柱、圆形柱的试验资料的基础上,但异形柱箍筋对核心混凝土的约束效应不同于矩形柱和圆形柱。因此本文通过箍筋约束混凝土异形柱的轴压性能试验,研究异形柱约束混凝土的强度、变形性能,建立箍筋约束混凝土的应力~应变全曲线方程,为异形柱构件及其结构的受力过程的非线性分析和抗震性能分析提供参考。 本文通过箍筋约束混凝土异形柱的轴压性能试验,分析了配箍特征值和箍筋约束混凝土异形柱试件的应变延性系数的关系以及配箍特征值对约束混凝土强度和峰值应变的影响。结果表明,按照JGJ 149-2006《混凝土异形柱结构技术规程》规定配箍的十字形柱、L形柱、T形柱,应变延性系数分别为1.2~1.8,1.2~1.5,1.2~1.6;约束混凝土抗压强度比无约束混凝土分别提高了8%~43%,5%~19%,10%~37%;峰值应变比无约束混凝土分别提高了25%~195%,13%~72%,22%~104% 采用ANSYS软件对箍筋约束混凝土异形柱的轴压性能进行了分析,计算结果与试验结果吻合较好,表明本文分析模型比较准确、合理。进一步分析了形柱箍筋约束混凝土的受力规律,在此基础上分析了配箍特征值、箍筋形式及间距对箍筋横向约束应力的影响,建立了异形柱箍筋横向约束应力与配箍特征值、箍筋有效约束系数的关系表达式。 分析了约束混凝土的强度、峰值应变与配箍特征值、箍筋有效约束系数的关系。结果表明,十字形柱约束混凝土强度和峰值应变分别与配箍特征值、箍筋有效约束系数乘积呈线性关系和非线性关系;L形柱与T形柱约束混凝土强度和峰值应变分别与配箍特征值、箍筋有效约束系数乘积呈非线性关系。并且建立了考虑箍筋约束作用的异形截面短柱的轴压承载力公式,与试验结果比较,计算公式偏于安全,可用于箍筋约束混凝土异形柱的轴压承载力分析。 本文提出了异形柱约束混凝土应力~应变全曲线方程的数学模型,并根据试验结果分别建立了十字形柱、L形柱、T形柱约束混凝土应力~应变全曲线方程,计算曲线与试验曲线吻合较好,说明该模型能够较好地反映异形柱约束混凝土的应力~应变关系的变化规律。


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