【摘要】：碳纖維鋼骨-鋼管混凝土柱是一種新型框架柱形式,此柱是將鋼管混凝土核心柱與空腹式鋼骨混凝土柱兩種截面形式相結(jié)合,然后環(huán)向包裹一層碳纖維布,將兩種組合柱優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),再利用了碳纖維布進(jìn)一步約束柱身材料,而形成的一種新式組合結(jié)構(gòu)。該柱以圓形鋼管為核心,鋼管內(nèi)外均澆筑混凝土,角鋼與綴板構(gòu)成外包鋼骨架,最后在柱最外側(cè)環(huán)向包裹碳纖維布而成。此柱最大的優(yōu)點(diǎn)在于外包鋼骨與碳纖維布可以共同約束內(nèi)部材料,使得鋼管內(nèi)外混凝土達(dá)到共同工作的目的,充分利用了各種材料的強(qiáng)度,提高了柱的承載能力和延性性能。 論文在前人對(duì)碳纖維布、鋼材以及混凝土本構(gòu)關(guān)系研究的基礎(chǔ)之上,利用通用有限元軟件ABAQUS對(duì)此柱進(jìn)行了非線性有限元分析。利用軟件分別建立了靜力作用下的雙向偏壓、雙向壓彎剪模型,以及低周往復(fù)荷載作用下的雙向壓彎剪和雙向壓彎剪扭模型。每種加載方式均以碳纖維層數(shù)、綴板間距、軸壓比、剪跨比等為參數(shù),討論不同參數(shù)下各種試件的承載力、耗能能力以及變形能力。同時(shí),提取試件受力過(guò)程中的荷載-位移曲線,繪制試件不同受力階段的應(yīng)力云圖,詳盡闡述了試件內(nèi)部材料的受力機(jī)理和整體破壞特征。 通過(guò)有限元分析結(jié)果表明,此形式的柱雙向偏心荷載作用下,變形性能良好、耗能能力強(qiáng)、承載力高,適合于在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中推廣使用,滿足規(guī)范的要求。而隨著碳纖維布層數(shù)的增加,柱的延性性能提高顯著；而隨著綴板間距的降低,碳纖維布與綴板協(xié)同工作能力增強(qiáng),延緩了碳纖維布的斷裂,間接提高柱的延性性能；由于此柱含鋼率較高,即使在剪跨比較低時(shí)仍具有較強(qiáng)的延性性能；而結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的扭矩作用會(huì)降低試件的耗能性能和延性系數(shù),對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震不利,應(yīng)盡量避免。通過(guò)本文對(duì)碳纖維鋼骨-鋼管混凝土柱受力性能的理論分析,為實(shí)體實(shí)驗(yàn)做出理論指導(dǎo)。
【圖文】：

并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益鋼管混凝土核心柱截面示意圖如圖1.1所示。這種柱子由于核芯鋼管體積尺寸較小，易于穿過(guò)框架的節(jié)點(diǎn)，使節(jié)點(diǎn)區(qū)梁柱配筋構(gòu)造處理非常簡(jiǎn)單，用鋼量很小，材料易于采購(gòu)，施工簡(jiǎn)單[17-18]。[I 11 J](1)方形截面 （2)圓形截面圖1.1鋼管泥凝土核心柱截面Fig. 1.1 The cross section of concrete filled with steel tube column1.2.2鋼管混凝土核心柱在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀大連理工大學(xué)趙國(guó)藩教授曾對(duì)38根鋼管高強(qiáng)混凝土核心柱進(jìn)行了靜力以及擬靜力試驗(yàn)通過(guò)對(duì)柱施加軸壓力作用以及水平往復(fù)荷載作用分別研究此柱的縱向承載力和抗震性能，其主要結(jié)論是：采用鋼管混凝土做為鋼筋混凝土柱的核心，鋼管可以約束內(nèi)部混凝土，而且同時(shí)提高了柱的含鋼率，可以改善高強(qiáng)鋼筋混凝土柱延性；縱向布置的鋼管可以提高柱的抗剪能力，防止在縱向荷載與水平荷載共同作用下試件發(fā)生剪壓脆性破壞；同時(shí)山于核心區(qū)鋼管可以承擔(dān)較高的縱向荷載，而且混凝土的擠壓總用防止鋼管出現(xiàn)屈服破壞，延緩高軸壓比下小偏心受壓構(gòu)件，在受壓側(cè)發(fā)生局部壓饋的現(xiàn)象，而且即使外部混凝

格劃分的太密集會(huì)浪費(fèi)計(jì)算時(shí)間增加計(jì)算代價(jià)，而網(wǎng)格劃分的太稀疏會(huì)造成計(jì)算結(jié)果不精確甚至不收斂，合理的網(wǎng)格密度對(duì)有限元分析非常重要。如圖2.7所示為本文對(duì)碳纖維鋼骨-鋼管混凝土柱網(wǎng)格劃分結(jié)果的示意圖。iiiii(a) CFRP (b)鋼骨 （c)夾層混凝土 （d)鋼管 （e)核心混凝土圖2.7模型網(wǎng)格劃分及相互作用關(guān)系示意圖Fig. 2.7 The mesh division and interaction of the model網(wǎng)格的密度由種子的布置來(lái)確定，種子的布置原則需要通過(guò)對(duì)比分析來(lái)確定。首先以較為高的種子密度與計(jì)算單元積分點(diǎn)密度來(lái)建立一個(gè)模型，精細(xì)劃分模型的每一部分網(wǎng)格，盡可能保證網(wǎng)格劃分得規(guī)則、對(duì)稱，盡量使用六面體單元來(lái)劃分實(shí)體單元。這種做法是通過(guò)比較高的計(jì)算代價(jià)來(lái)獲得較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，耗費(fèi)計(jì)算機(jī)資源較多。而后通過(guò)降低種子密度來(lái)減少網(wǎng)格數(shù)量，以相對(duì)較低的計(jì)算代價(jià)執(zhí)行相同的計(jì)算模型，，若兩次計(jì)算結(jié)果誤差很小，兩次結(jié)果對(duì)比誤差小于10%，則可以繼續(xù)降低種子密度，同時(shí)放寬對(duì)網(wǎng)格形狀和分布的精細(xì)度要求
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU398.9

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