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T形组合柱力学性能研究

杨远龙  
【摘要】:相对于传统方形和矩形截面柱,以T形、L形以及十字形为代表的异形截面柱可避免室内柱楞外露,便于家具摆放并提高建筑空间的利用率。目前应用较多的是钢筋混凝土异形柱,但受抗震性能的限制,其建造高度和抗震设防烈度都有严格要求,制约了其进一步的推广和应用。为了改善异形柱抗震性能,本文基于T形截面,提出三种新型钢-混凝土组合柱,即T形加劲钢管混凝土柱、T形加劲钢管约束混凝土柱和T形格构式型钢混凝土柱。为了延缓或防止T形钢管的局部屈曲,增强钢管对核心混凝土的约束作用,提出了设置钢筋加劲肋的构造措施。本文对上述三种T形钢-混凝土组合柱进行了轴压、偏压和压弯滞回性能的试验与理论分析,以轴压性能为基础研究了轴压、偏压和压弯滞回性能之间的联系,具体研究工作包括以下四部分内容: (1)进行了设置加劲肋的方钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究与理论分析。提出设置钢筋(钢板条)加劲肋来延缓钢管局部屈曲的构造措施,为在T形柱中的应用作准备。进行了钢筋(钢板条)加劲方钢管混凝土试件和普通方钢管混凝土对比试件的轴压性能试验,重点考察了加劲肋形式对方钢管混凝土短柱力学性能和对钢板局部屈曲的影响。试验研究表明,钢筋(钢板条)加劲肋可以延缓钢管的局部屈曲,改善试件的承载力和延性。基于试验研究,提出了加劲方钢管混凝土中核心混凝土约束区域的分布规律,建立了约束混凝土抗压强度的计算方法和加劲钢板屈曲承载力的计算公式,并通过试验结果验证了其合理与可靠性,在此基础上进行参数分析,提出了加劲方钢管混凝土短柱轴压承载力简化计算公式。 (2)开展了T形组合短柱轴压力学性能的试验研究与理论分析。进行了8个T形短柱轴压性能试验,试件形式包括钢筋混凝土柱、普通钢管混凝土柱、钢筋加劲钢管混凝土柱、钢管约束混凝土柱和格构式型钢混凝土柱。重点考察了各种T形柱轴压力学性能的差异,以及加劲肋形式对构件力学性能的影响。试验研究表明,相对于T形钢筋混凝土柱,钢-混凝土组合柱的承载力和延性均有提高。基于试验研究,提出T形钢管混凝土中混凝土约束区分布规律,建立了约束混凝土抗压强度的计算方法和加劲钢板屈曲承载力的计算公式。通过试验结果验证,基于参数分析,提出了T形加劲钢管混凝土短柱轴压承载力简化计算公式。 (3)进行了T形组合柱偏压力学性能的试验研究与理论分析。进行了8个T形柱偏压性能试验,试件形式包括钢筋混凝土柱、普通钢管混凝土柱、对拉钢筋加劲钢管混凝土柱和格构式型钢混凝土柱,重点研究构件形式、加劲肋形式和偏心距对T形柱偏压性能的影响。试验结果表明,相对于T形钢筋混凝土柱,钢-混凝土组合柱在偏压荷载作用下的承载力和延性均有提高。针对常见两种加载路径,采用纤维模型法,编制了数值分析程序,对T形加劲钢管混凝土柱和格构式型钢混凝土柱进行了偏压性能数值分析。通过试验结果验证了数值程序的合理与可靠性,在此基础上进行了T形加劲钢管混凝土柱相关参数影响分析,并基于参数分析结果,提出了T形加劲钢管混凝土柱截面和构件的N-M承载力相关曲线计算方法。 (4)开展了T形组合柱压弯滞回力学性能的试验研究与理论分析。进行了10个T形柱压弯滞回性能试验,试件类型包括钢筋混凝土柱、普通钢管混凝土柱、钢筋加劲钢管混凝土柱、钢管约束混凝土柱和格构式型钢混凝土柱,重点考察构件类型、加劲肋型式和轴压比对T形柱压弯滞回性能的影响。试验结果表明,相对于钢筋混凝土柱,钢-混凝土组合柱在循环荷载作用下的承载力、延性和耗能性能较好。基于试验结果,编制了加劲T形钢管混凝土柱和格构式型钢混凝土柱压弯滞回性能分析程序,考虑了构件反弯点位置的变化,通过试验结果验证了数值程序的合理与可靠性。基于参数分析,提出了T形加劲钢管混凝土柱和格构式型钢混凝土柱的恢复力模型。


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