【摘 要】
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相比普通钢,高强钢拥有更高的屈服强度、抗拉强度和结构可靠性。但是随着钢材屈服强度的提高,钢材屈强比增大而断后伸长率减小,屈服平台长度缩短甚至消失,高强钢的应变强化效应并不明显。在高强钢结构中,高强钢板更薄,在受压无约束条件下,容易发生局部屈曲破坏。此外,对于高强钢管混凝土柱,高强钢管在纵向连续,容易发生局部屈曲破坏。为了充分利用高强钢的强度优势,本文提出了一种高强圆钢管约束高强型钢混凝土柱,即在高
【基金项目】
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广东省现代土木工程技术重点实验室（2021B1212040003）
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相比普通钢,高强钢拥有更高的屈服强度、抗拉强度和结构可靠性。但是随着钢材屈服强度的提高,钢材屈强比增大而断后伸长率减小,屈服平台长度缩短甚至消失,高强钢的应变强化效应并不明显。在高强钢结构中,高强钢板更薄,在受压无约束条件下,容易发生局部屈曲破坏。此外,对于高强钢管混凝土柱,高强钢管在纵向连续,容易发生局部屈曲破坏。为了充分利用高强钢的强度优势,本文提出了一种高强圆钢管约束高强型钢混凝土柱,即在高强型钢混凝土外侧包裹不连续的高强薄壁钢管。高强钢管在两端断开,主要承受环向拉应力,可以延缓甚至避免薄壁钢管的局部屈曲;内置高强型钢在核心混凝土的包裹下,避免了受压时局部屈曲的出现;核心混凝土在高强钢管和高强型钢的约束下,强度和延性得到提升。为给该类柱的设计分析和工程应用提供技术支撑,本文开展了如下工作:1.开展了9根高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱、1根高强圆钢管约束混凝土短柱、1根高强圆钢管高强型钢混凝土短柱的轴压试验,考察了钢管屈服强度、型钢屈服强度、高强钢管径厚比、高强型钢厚度、混凝土强度、高强钢管内壁处理方式、是否内置高强型钢、约束模式对柱轴压性能的影响。试验结果表明:（1）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管相比采用普强钢管,轴压承载力及延性指标均显著提升;采用高强型钢相比采用普强型钢,轴压承载力显著提升,延性指标基本不变;（2）高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱相比高强圆钢管高强型钢混凝土短柱,轴压承载力略有提升,延性指标显著提升;（3）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管、高强型钢相比采用普强钢管、普强型钢,轴压承载力与简单叠加承载力的比值从1.37提升到1.49,材料利用更充分,对核心混凝土的约束作用更强;（4）高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压承载力与简单叠加承载力的比值为1.49,高于高强圆钢管高强型钢混凝土短柱的1.43,材料利用更充分,对核心混凝土的约束作用更强;（5）达到峰值荷载时,高强钢管与高强型钢都已经屈服,高强钢的强度得到充分发挥。2.开展了5根高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的偏压试验和1根对比试件的轴压试验,考察了钢管屈服强度、型钢屈服强度、高强钢管径厚比、高强型钢厚度、偏心距对柱偏压性能的影响。试验结果表明:（1）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管相比采用普强钢管,偏压承载力显著提升,延性指标基本不变;采用高强型钢的构件相比采用普强型钢,偏压承载力略有提升,延性指标显著提升;（2）达到峰值荷载时,受压侧高强钢管和高强型钢都已经屈服,高强钢的强度得到充分发挥。3.采用有限元软件ABAQUS建立了高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压及偏压构件的计算模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好,并在此基础上进行参数分析。基于试验及参数分析结果,在相关设计规范的基础上,提出了适用于高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压承载力及偏压承载力修正公式,计算结果与试验结果、有限元结果吻合良好。
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