考虑非均匀约束的型钢混凝土柱抗震性能研究

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型钢混凝土是由钢筋混凝土和钢骨架组成的组合结构,具有高承载力、抗震性能良好等优点。在实际工程结构中使用的愈来愈多,其中非对称配钢形式的型钢混凝土结构可以满足非均匀受力状态下结构的承载力和可靠性的要求,所以被广泛的应用在型钢混凝土结构的边柱或者角柱以及高层建筑。型钢混凝土通常由内置型钢、纵向钢筋、箍筋和混凝土组成。型钢和钢筋对内部混凝土会产生约束作用,使混凝土在约束状态下的极限变形能力和强度得到提高。因此,研究非对称配钢形式下的型钢混凝土的约束效应不仅可以指导工程结构设计者在经济上节约工程成本,而且对工程实际具有重要的意义。为了了解非对称钢骨混凝土的约束效应,本文分别对6根T形钢骨混凝土柱和10根L形钢骨混凝土柱进行试验研究。主要内容如下:(1)本文设计了6根T形配钢混凝土柱和10根L形配钢混凝土柱,对试验柱进行静力和拟静力试验并实时记录了结构的位移,应变,滞回性能,骨架曲线,位移延性系数等数据;同时观察试验柱在实验过程中的破坏形态,总共分为四种破坏形态:弯曲破坏,剪切斜压破坏,剪切黏结破坏和剪切复合破坏。实验表明:非对称型钢混凝土柱极限承载力高,抗震性能良好。基于控制变量法对结构进行参数化分析并得到相关结论:剪跨比较小的试件易发生剪切破坏,型钢布置不对称会导致剪切复合破坏同时伴有剪切黏结破坏和剪切斜压破坏。剪跨比和箍筋比越大的试件具有更大的变形能力和延性。在实际工程中,可以通过增加配箍率提高型钢混凝土非对称型钢混凝土柱的约束程度,从而提高构件的承载力和变形能力。(2)基于非对称型钢混凝土柱的边界条件和加载方式,考虑塑性铰理论,对混凝土截面进行了横向和纵向的约束划分。纵向上划分为两个区域:非塑性铰约束区域和塑性铰区域。横向上划分为四个约束区域:无约束混凝土,箍筋约束混凝土,钢骨弱约束混凝土和钢骨强约束混凝土。在Mander理论模型的基础上,得出了各区域约束混凝土的理论公式。并将计算结果带入有限元模型,验证公式的准确性。(3)基于OpenSees对非对称型钢混凝土柱作数值分析。采用纤维模型对结构进行建模,对单元赋予计算所得的本构关系。模型尺寸,材料属性和边界条件等均与试验等同。模型中考虑了剪力对整个模型的影响,采用相应的单元模拟型钢混凝土之间的粘结滑移。最终将数值分析结果与实验数据进行了对比,对比结果基本吻合。同时在基础模型上进行了多参数分析,包括轴压比,剪跨比,混凝土强度等级,配箍率,型钢强度。
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