約束混凝土可以有效改善混凝土的承載性能和延性,是一種經(jīng)濟效益優(yōu)良、發(fā)展前景廣闊的新型結構形式。為進一步滿足現(xiàn)代工程結構中對高承載力、高延性的實際需求,本文提出了一種外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土方柱,是在普通矩形箍筋約束混凝土柱基礎上添加了雙層螺旋箍筋組合而成的多重約束混凝土結構,其可進一步增強對內(nèi)部混凝土的約束作用,達到改善混凝土柱的力學性能、減小構件尺寸等目的。本文主要針對該新型柱的承載性能,主要做了以下幾個方面的研究工作:1.參考Sheikh約束模型理論,建立了外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土柱在軸向荷載作用下的約束理論模型,以約束混凝土計算理論為基礎,采用了統(tǒng)一強度理論和疊加原理,推導了該約束形式下混凝土柱的軸壓承載力計算方法�；谟邢拊浖嗀BAQUS對該類新型約束混凝土柱進行了數(shù)值模擬計算,分析結果表明:外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土柱軸壓承載力的理論計算值與模擬值吻合良好。2.采用了彎矩軸力相關方程法,通過簡化彎矩軸力關系方程與建立彎矩曲率線性化模型,由跨中截面內(nèi)外力平衡和極值條件,推導出了外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土方柱極限偏壓承載力計算方法,并給出了解析關系中五個變量參數(shù)的計算方法。利用ABAQUS有限元計算軟件對設計的七組試件進行了仿真計算,并根據(jù)荷載撓度計算結果對彎矩曲率模型進行了驗證,結果表明理論計算值與模擬值吻合良好,表明該計算方法具有一定的可靠性。3.通過有限元程序ABAQUS進行參數(shù)分析,詳細研究了混凝土強度、箍筋間距、箍筋強度、位置系數(shù)、偏心距、高寬比對外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土柱極限承載力和延性性能的影響,結果表明軸心受壓情況下各參數(shù)對極限承載力的影響次序為:混凝土強度箍筋間距箍筋強度位置系數(shù);偏心受壓情況下影響次序為:偏心距混凝土強度箍筋強度箍筋間距高寬比位置系數(shù)。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU37
【部分圖文】：

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱缺少足夠的側向約束，地震作用下承受軸向力的同時也受橫向往復水平地震荷載作用，抗彎、抗剪以及延性不足，較弱的耗能能力，從而引發(fā)混凝土的開裂和柱的破壞。典型鋼筋混凝土柱破壞形式如圖1.1所示。圖1.1 框架柱典型破壞形式約束混凝土概念的出現(xiàn)為解決以上問題提供了新的方法。約束混凝土即使用約束構件使得混凝土在受壓時處于三軸受壓應力狀態(tài)，限制了內(nèi)部混凝土的側向膨脹使得材料具有了更高的抗壓強度和變形性能。對于約束混凝土的研究開始于20世紀初期，1903年Considere[15]等人首次提出配置螺旋箍筋的混凝土柱能有效提高其承載力和變形能力，經(jīng)過了100多年的探索和發(fā)展，至今已取得了豐富的約束混凝土理論研究成果�，F(xiàn)有的約束混凝土主要包括鋼管約束混凝土、FRP約束混凝土和箍筋約束混凝土三種形式。箍筋約束混凝土作為最早出現(xiàn)和研究的約束混凝土形式，一直是學者們關注和研究的重點。箍筋約束是改善混凝土柱力學性能最為簡單和有效的方式之一，其充分發(fā)揮了混凝土和鋼筋兩種材料的性能優(yōu)勢，使二者能夠處于共同工作狀態(tài)，能有效提高豎向抗力構件的承載性能。箍筋的存在主要有三個方面的作用

明該類形式混凝土柱的力學性能比傳統(tǒng)混凝土柱有較好提升。為了更一步探尋高性能、滿足現(xiàn)代高層框架柱和大型地鐵站房墩柱的高承載力結構發(fā)展目標，在此基礎上，本文提出了一種新型外方內(nèi)雙螺旋多重箍筋約束混凝土方柱，其配筋截面如圖1.2所示，并致力于研究其力學性能，以期滿足工程應用。圖1.2外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土柱截面配筋1.4本文研究意義提高混凝土結構構件承載力和抗震性能始終是結構工程領域發(fā)展的目標之一，傳統(tǒng)的箍筋約束混凝土對于現(xiàn)代復雜工程的性能提升已然有限，因此本文提出外方內(nèi)雙螺旋箍筋約束混凝土方柱，對于促進約束混凝土理論研究和土木工程建設具有以下方面的意義：在性能上，螺旋箍筋具有比傳統(tǒng)方箍更優(yōu)越的約束效果，由于圓形截面的單層箍筋

載力有短暫的下降。隨著泊松比的進一步增大，箍筋約束進一步增強并達到屈服穩(wěn)定狀態(tài)，混凝土柱承載力也有了再次的增強，而此時素混凝土與普通箍筋柱已進入下降段，喪失承載性能。螺旋箍筋圓柱的截面應力如圖2.1（b）所示。（a） （b）圖2.1 螺旋箍筋柱:（a）N-ε曲線；（b）截面應力圖Sheikh[30]在研究約束混凝土時提出了有效約束混凝土概念。當箍筋縱向等距離配置時，在有箍筋的平面上約束最強，在相鄰箍筋中間處約束最弱，因此在橫向截面上存在一個有效約束范圍。對于方形箍筋，在沿箍筋長度方向上箍筋剛度分布不均，當混凝土受壓膨脹時，箍筋中間部分側向變形較大，約束較弱，兩端則剛度較大變形較小，從而約束性能也更好。Mander[32]的研究將有效約束邊界定義為初始角度為45o的二次拋物線，并詳細給出了圓形箍筋和方形箍筋約束下的有效約束系數(shù)。有效約束模型如圖2.2所示。圖2.2 有效約束模型
【參考文獻】

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本文編號：2883107