鋼管約束混凝土柱是由核心混凝土和不直接承擔(dān)豎向荷載的外包薄壁鋼管組成的鋼-混凝土組合柱。鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱是核心混凝土采用高強(qiáng)混凝土,并在其內(nèi)配置縱向型鋼的鋼管約束混凝土柱。本文分別對圓形、方形鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱、短柱滯回性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬及理論分析,具體工作如下:(1)進(jìn)行了7個(gè)圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱的滯回性能試驗(yàn)研究,其中包含1個(gè)型鋼強(qiáng)度為Q235的無栓釘試件,其余6個(gè)試件型鋼強(qiáng)度均為Q345,分為2個(gè)無栓釘試件及4個(gè)設(shè)栓釘試件。研究的主要參數(shù)包括有無栓釘、栓釘間距、軸壓比及型鋼屈服強(qiáng)度等。分析了試件的破壞模式、抗彎承載力、延性、耗能性能、強(qiáng)度退化及剛度退化等規(guī)律。建立ABAQUS有限元模型并進(jìn)行參數(shù)分析,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和參數(shù)分析結(jié)果,提出了構(gòu)件的恢復(fù)力模型。(2)進(jìn)行了5個(gè)方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱的滯回性能試驗(yàn)研究,包含1個(gè)無栓釘試件和4個(gè)設(shè)栓釘試件,所有試件均在塑性鉸區(qū)設(shè)置了斜加勁肋板。實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)包括有無栓釘、栓釘間距、軸壓比及徑厚比等。建立ABAQUS有限元模型進(jìn)行了參數(shù)分析,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和參數(shù)分析結(jié)果,提出了構(gòu)件的恢復(fù)力模型。(3)進(jìn)行了6個(gè)圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱的滯回性能試驗(yàn)研究,包括1個(gè)無栓釘試件和5個(gè)設(shè)栓釘試件。試驗(yàn)參數(shù)包括有無栓釘、栓釘間距、軸壓比、截面尺寸等。采用ABAQUS有限元模擬試驗(yàn)骨架曲線并進(jìn)行了參數(shù)分析,提出了適合圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱的恢復(fù)力模型。(4)進(jìn)行了6個(gè)方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱的試驗(yàn)研究和理論分析,其中包含1個(gè)無栓釘試件和5個(gè)設(shè)栓釘試件。所有試件均在兩端設(shè)置了斜加勁肋板。試驗(yàn)的主要參數(shù)包括有無栓釘、栓釘間距、軸壓比及徑厚比等,試件截面尺寸與方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱一致,試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)方法均與圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱一致。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)設(shè)置栓釘可有效改善試件的破壞模式和力學(xué)性能。隨栓釘間距減小,試件的承載力稍有提高,試件變形能力有所增強(qiáng)。隨軸壓比提高,試件的抗剪承載力有所提高,而試件的延性和極限層間位移角則相應(yīng)的有所降低。截面尺寸對試件力學(xué)性能指標(biāo)影響不明顯。采用ABAQUS有限元模型模擬試驗(yàn)骨架曲線并進(jìn)行參數(shù)分析。在試驗(yàn)研究、理論分析及數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,建立了方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱的恢復(fù)力模型。(5)提出了鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱的承載力計(jì)算方法及抗震構(gòu)造措施。提出了鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱的軸力-彎矩相關(guān)計(jì)算方法;提出了鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱的抗剪承載力計(jì)算公式。通過計(jì)算得出了鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱的軸壓比限值建議值。結(jié)合有限元及試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱的徑厚比、型鋼含鋼率的合理值和栓釘?shù)臉?gòu)造措施。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU398.9
【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與特點(diǎn)
        1.1.1 鋼管約束高強(qiáng)混凝土柱的研究背景
        1.1.2 鋼管約束高強(qiáng)混凝土柱的特點(diǎn)
    1.2 國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼管約束混凝土柱靜力及滯回性能
        1.2.2 鋼管約束型鋼混凝土柱靜力及滯回性能
        1.2.3 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱靜力及滯回性能
    1.3 本文主要的研究內(nèi)容
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 主要研究內(nèi)容
第二章 圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱滯回性能研究
    2.1 引言
    2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.2.1 試件設(shè)計(jì)
        2.2.2 試件制作
        2.2.3 加載裝置及加載方案
    2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
        2.3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞模式
        2.3.2 滯回曲線及骨架曲線
        2.3.3 荷載-應(yīng)力應(yīng)變曲線
        2.3.4 耗能性能分析
        2.3.5 試件強(qiáng)度退化分析
        2.3.6 試件剛度退化分析
    2.4 有限元模型及分析方法
        2.4.1 材料本構(gòu)關(guān)系
        2.4.2 網(wǎng)格劃分及接觸
        2.4.3 邊界條件和加載方式
        2.4.4 有限元與試驗(yàn)對比
        2.4.5 參數(shù)分析
    2.5 恢復(fù)力模型
        2.5.1 恢復(fù)力模型簡介
        2.5.2 骨架曲線
        2.5.3 加卸載規(guī)則
        2.5.4 恢復(fù)力曲線與試驗(yàn)水平荷載-位移滯回曲線的對比
    2.6 結(jié)論
第三章 方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土中長柱滯回性能研究
    3.1 引言
    3.2 試驗(yàn)方案
        3.2.1 試件設(shè)計(jì)
        3.2.2 試件制作
        3.2.3 加載裝置及加載方案
    3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
        3.3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞模式
        3.3.2 滯回曲線及骨架曲線
        3.3.3 荷載-應(yīng)力應(yīng)變曲線
        3.3.4 耗能性能分析
        3.3.5 試件強(qiáng)度退化分析
        3.3.6 試件剛度退化分析
    3.4 有限元模型及分析
        3.4.1 材料本構(gòu)關(guān)系
        3.4.2 網(wǎng)格劃分及接觸
        3.4.3 邊界條件和加載方式
        3.4.4 有限元與試驗(yàn)對比
        3.4.5 參數(shù)分析
    3.5 恢復(fù)力模型
        3.5.1 恢復(fù)力模型
        3.5.2 恢復(fù)力曲線與試驗(yàn)水平荷載-位移滯回曲線的對比
    3.6 結(jié)論
第四章 圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱滯回性能研究
    4.1 引言
    4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        4.2.1 試件設(shè)計(jì)
        4.2.2 試件制作
        4.2.3 加載裝置及加載方案
    4.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
        4.3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞模式
        4.3.2 滯回曲線及骨架曲線
        4.3.3 荷載-應(yīng)力應(yīng)變曲線
        4.3.4 耗能性能分析
        4.3.5 試件強(qiáng)度退化分析
        4.3.6 試件剛度退化分析
    4.4 有限元模型及分析
        4.4.1 材料本構(gòu)關(guān)系
        4.4.2 網(wǎng)格劃分及接觸
        4.4.3 邊界條件和加載方式
        4.4.4 有限元與試驗(yàn)對比
        4.4.5 參數(shù)分析
    4.5 恢復(fù)力模型
        4.5.1 恢復(fù)力模型
        4.5.2 恢復(fù)力曲線與試驗(yàn)水平荷載-位移滯回曲線的對比
    4.6 結(jié)論
第五章 方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱滯回性能研究
    5.1 引言
    5.2 試驗(yàn)方案
        5.2.1 試件設(shè)計(jì)
        5.2.2 試件制作
        5.2.3 加載裝置及加載方案
    5.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
        5.3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞模式
        5.3.2 滯回曲線及骨架曲線
        5.3.3 荷載-應(yīng)力應(yīng)變曲線
        5.3.4 耗能性能分析
        5.3.5 試件強(qiáng)度退化分析
        5.3.6 試件剛度退化分析
    5.4 有限元模型及分析
        5.4.1 材料本構(gòu)關(guān)系
        5.4.2 網(wǎng)格劃分及接觸
        5.4.3 邊界條件和加載方式
        5.4.4 有限元與試驗(yàn)對比
        5.4.5 參數(shù)分析
    5.5 恢復(fù)力模型
        5.5.1 恢復(fù)力模型
        5.5.2 恢復(fù)力曲線與試驗(yàn)水平荷載-位移滯回曲線的對比
    5.6 結(jié)論
第六章 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱設(shè)計(jì)方法
    6.1 引言
    6.2 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土壓彎構(gòu)件承載力計(jì)算
        6.2.1 CTSRC單向壓彎構(gòu)件承載力計(jì)算
        6.2.2 STSRC單向壓彎構(gòu)件承載力計(jì)算
    6.3 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土短柱斜截面抗剪承載力計(jì)算
        6.3.1 CTSRC短柱斜截面抗剪承載力計(jì)算
        6.3.2 STSRC短柱斜截面抗剪承載力計(jì)算
    6.4 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱型鋼含鋼率
    6.5 鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱軸壓比限值
        6.5.1 軸壓比限值及影響因素
        6.5.2 剪跨比λ≥2.0的圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱軸壓比限值
        6.5.3 剪跨比λ＜2.0的圓鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱軸壓比限值
        6.5.4 剪跨比λ≥2.0的方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱軸壓比限值
        6.5.5 剪跨比λ＜2.0的方鋼管約束型鋼高強(qiáng)混凝土柱軸壓比限值
    6.6 外包鋼管徑厚比
    6.7 栓釘設(shè)置方法
    6.8 小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間的研究成果
致謝
附錄


本文編號：2835701