带肋薄壁方钢管混凝土柱的抗震性能研究

【摘要】：薄壁方钢管混凝土柱是在薄壁钢管中填充混凝土而形成的构件,以其承载力高、施工方便和节约钢材等优点,近年来受到国内外学者的关注。在地震作用下,薄壁方钢管混凝土柱易发生局部屈曲,钢管壁屈曲后对核心混凝土的约束作用减弱,严重制约了其在工程中的应用,本文从试验和模拟两方面深入研究了设置纵向加劲肋的薄壁方钢管混凝土柱的抗震性能。本文以加劲肋设置数量(无肋、单肋、双肋)、轴压比(0.3、0.5、0.7)和长细比(13.86、20.78、27.71)为主要参数,设计了7个带肋薄壁方钢管混凝土试件,研究其在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、承载力、延性、耗能能力和刚度等抗震性能。结果表明:试件均在端部出现不同程度的焊缝开裂或混凝土被压碎的现象,无肋试件端部焊缝严重开裂以及内部混凝土被完全压碎,带肋试件端部焊缝相对较为完好,其承载力、延性、耗能等均得到明显改善,而且随着加劲肋数量的增多其抗震性能越好,由于内部加劲肋的拉结作用,提高了钢管对混凝土的约束作用,试件在达到承载力后未迅速破坏,试件延性良好,材料得到充分利用;随着轴压比增大,试件端部的焊缝开裂程度有所提高,其承载力也随之提高,但延性性能减弱;随着长细比增大,试件的破坏程度随之增加,长细比最大的试件端部变形最严重,其承载力也随之降低,但长细比对试件延性的影响并不明显。利用ABAQUS有限元软件对试验试件进行模拟,分析钢管和混凝土的应力分布、试件的承载力和试件的破坏形态,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了本文建立的有限元模型的可靠性和可行性。基于本文的试验结果和模拟数据,利用有限元软件进行参数分析,并拟合出带肋薄壁方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的承载力提高系数和延性提高系数的计算公式,将计算结果与模拟结果相比较,两者吻合良好,可为该类试件在后续研究和工程实践中提供参考。