论文部分内容阅读
带约束拉杆钢管混凝土柱是一种新型结构构件。通过沿柱纵横向每隔一定间距设置能约束钢管外凸变形的约束拉杆,为钢管提供侧向支撑,延缓和避免钢管的局部屈曲;同时限制钢管的横向变形,加强钢管对核心混凝土的约束作用,充分发挥钢管和混凝土两种材料的力学性能,提高了钢管混凝土柱的承载力和延性。然而,目前对带约束拉杆钢管混凝土短柱抗震性能的研究很少,影响了其发展应用,因此有必要开展带约束拉杆钢管混凝土抗震性能的研究。本文进行了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的低周往复荷载试验,并通过数值分析进一步研究了其抗震性能和工作机理。本文开展的主要研究工作如下:(1)以约束拉杆间距、轴压比、截面长宽比为主要参数,分别进行了带约束拉杆方形和矩形钢管混凝土短柱在低周往复荷载下的试验研究,分析了各参数对试件破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化规律、延性性能和能量耗散特征等抗震性能的影响。结果表明,设置约束拉杆明显改善了带约束拉杆方形和矩形钢管混凝土短柱的抗震性能,提高了构件的承载能力、变形能力和耗能能力,减小约束拉杆间距能明显提高构件的抗震性能。(2)编制了考虑材料泊松比变化的子程序,考虑了混凝土材料损伤、钢管和核心混凝土的粘结滑移、钢管残余应力及钢管的初始缺陷,完善了有限元软件ABAQUS中的计算模型,利用试验结果验证有限元模型。在此基础上,研究了带约束拉杆矩形钢管混凝土柱在往复荷载下的工作机理,并分析了核心混凝土截面应力分布及钢管与混凝土之间的接触应力,进一步提出了约束拉杆在塑性铰区的设置高度。(3)基于OpenSees平台,分析模拟了带约束拉杆方形和矩形钢管混凝土短柱的滞回曲线,分析了轴压比、钢管壁厚、钢管屈服强度、混凝土强度、约束拉杆间距、长细比及截面长宽比等参数对滞回曲线的影响规律,采用参数拟合法并结合钢管混凝土恢复力模型的相关理论,建立了带约束拉杆方形和矩形钢管混凝土短柱的恢复力模型,确定了卸载刚度和滞回准则,提出的恢复力模型与试验结果吻合较好,并给出了恢复力模型的适用范围。(4)基于全量理论的能量变分法,假定非载荷边为弹性可转动约束,载荷边为固端约束,推导了带约束拉杆钢管混凝土短柱钢管壁弹塑性局部屈曲强度计算公式,分析了带约束拉杆钢管混凝土短柱钢管的弹塑性局部屈曲性能,得到约束拉杆纵向间距合理设置值,长宽比限值及钢管壁宽厚比的合理值。