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钢异形柱结构作为一种新型的结构体系,具有独特的优点,其能有效提高建筑的使用面积,且平面布置灵活,符合国家建筑结构产业化的政策,是国家优先开发和应用的重点推广项目。目前,不论是理论分析还是应用领域,钢异形柱结构的研究都较少。充分了解钢异形柱结构在地震、尤其是罕遇地震下的反应特性,防止其发生严重破坏及倒塌具有重要的理论和实践意义。而滞回性能是结构重要的抗震性能之一,作为结构主要受力构件的钢异形柱,其滞回性能的研究是基础和必须的。
本文综述了钢异形柱结构的研究现状,对国内外研究成果进行了总结,即目前还没有形成大量的基本理论和试验研究,与形成指导实践工程的理论还有一定的差距,对钢异形柱抗震性能进行的研究则更少,由此提出了本文的研究内容和目的。
利用有限元理论分别对三种截面形式(十字形、T形、L形)的钢异形柱在常轴力、循环水平荷载作用下的滞回性能等进行了建模分析研究,表明三种截面的钢异形柱均具有良好的塑性变形能力,并得到了影响钢异形柱滞回性能的主要因素即轴压比、翼缘宽厚比和腹板高厚比等及其影响规律,据此在抗震设防区的多层钢结构框架设计中,可以有条件的采用钢异形柱,也为模型试验的组织设计提供了前提条件。
在有限元分析的基础上,针对T形截面钢异形柱进行了拟静力试验研究,即受常轴力、循环弯矩作用来模拟地震。试件为1/2缩尺模型,共8根。按轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比分成四种组合。通过试验得到了各试件的滞回曲线,分析了其骨架曲线、割线刚度及耗能能力等,总结了T形截面钢异形柱的滞回性能,为今后钢异形柱结构的推广应用提供了试验数据和理论依据。
在国家可持续发展战略和建筑结构产业化的背景下,钢异形柱结构必将有着广阔而光明的发展前景。