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型钢混凝土偏压柱粘结滑移性能及应用研究

王彦宏  
【摘要】: 对于型钢混凝土偏压柱,要合理地建立一整套的强度、刚度、变形计算理论和分析方法,并采用有限元法对复杂结构进行准确的分析计算,就必须对型钢混凝土的粘结性能进行深入的研究和了解。同时,由于推出试验(Push-out test)和短柱试验(Short-column test)与偏压柱的受力状况有差别,并不能真正反映出构件中的粘结滑移性能。因此有必要通过准确量测构件内部的粘结应力和滑移,进一步对偏压柱的粘结滑移性能进行研究。 本文首先提出了一套合理可行的型钢混凝土偏压柱粘结滑移性能的试验测试和研究方案,并在本课题组前期试验研究的基础上,研制了内置式钢—混凝土电子滑移传感器(专利授权号:ZL-02-2-61883.3),并进行了阶段性地研究开发,从而解决了型钢与混凝土连接面上滑移难以准确测量的关键问题,为进一步研究SRC偏压柱的粘结滑移性能奠定了基础。 设计了以长细比、偏心距为主要参数的20个偏压柱试件,根据偏压柱的受力特性,在试件中分别放置了单向内置式钢—混凝土电子滑移传感器和双向内置式钢—混凝土电子滑移传感器,并分别在型钢翼缘、腹板和混凝土上布置了电子应变片,对试验柱在受荷全过程的受力性能、和内部滑移的变化进行了细致的观察。 根据20个偏压柱滑移的测试结果,进行综合分析和归纳,基本得到了型钢拉、压侧翼缘滑移的分布规律,并进一步以偏压柱长细比、偏心距为主要参数,分析了其对粘结滑移性能的影响。 利用力的平衡方程,通过对试验数据统计回归,得到了偏压柱型钢两侧翼缘与混凝土的粘结应力的大小及分布规律,并分析了偏压柱长细比、偏心距对其的影响。 结合粘结应力和局部滑移的分布规律,拟合出了各试件的粘结滑移曲线,然后对曲线进行一定的数学处理,经过统计回归后得到了特征滑移值和特征粘结强度的计算公式;对粘结滑移曲线形状经过“归一化”的数学处理进行修正,确定了基本的粘结滑移的本构关系式,并引入了一个位置函数对粘结滑移的本构关系进行了更为细致的描述。 在建立合理的粘结滑移模型的基础上,对型钢与混凝土的滑移,及滑移应变进行了理 西安建筑科技大学博士学位论文 论计算,并进一步推导出型钢与混凝土的滑移效应对偏压柱刚度、变形的影响程度,建立 了简化的偏压柱刚度计算公式。 通过推导滑移应变对构件截面平均应变的影响,准确确定出修正平截面中的一些参数, 使修正平截面更趋合理性,再利用极限平衡方程,建立了SRC偏压柱受压承载力计算模型。 在合理的粘结滑移本构关系的基础上,采用非线性弹簧单元对柱中的粘结滑移进行数 值模拟,分别按考虑和不考虑型钢与混凝土之间的滑移两种情况进行了三维有限元分析, 与试验结果进行了分析比较,基本模拟出了构件受力性能和破环特征。 根据本文的研究结果,对SRC偏压柱的设计提出了一些建议。 根据本文的研究结果,可对型钢混凝土构件粘结滑移性能的进一步试验研究和理论分 析提供参考。


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