鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能與設(shè)計(jì)

鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土柱是將薄壁鋼管外包于鋼骨高強(qiáng)混凝土柱，用鋼管替代箍筋,鋼管不直接承擔(dān)縱向荷載，只對(duì)核心高強(qiáng)混凝土柱起約束作用。鋼管不承擔(dān)縱向荷載，因此不會(huì)發(fā)生局部屈曲，約束作用更強(qiáng)；鋼管的有效約束將避免高軸壓比條件下柱的保護(hù)層剝落、縱筋失穩(wěn)和型鋼翼緣的局部屈曲，顯著提高鋼骨高強(qiáng)混凝土柱的承載力、延性和耗能能力，因此鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土柱在地震區(qū)的應(yīng)用中可不限制軸壓比。鋼骨腹板和鋼管具有很強(qiáng)的抗剪能力，鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用也將有效提高混凝土的延性，因此鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土框架短柱是一種強(qiáng)剪鋼骨混凝土柱，水平地震荷載作用下其破壞模式為延性破壞，抗震性能優(yōu)越。本項(xiàng)目主要研究鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的靜力性能和抗震性能、節(jié)點(diǎn)的抗震性能以及結(jié)構(gòu)體系的抗震性能；建立鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土柱的實(shí)用承載力公式和恢復(fù)力模型；提出鋼管約束鋼骨高強(qiáng)混凝土柱的設(shè)計(jì)方法和建議。 2100433B

本書系統(tǒng)地闡述了作者在鋼管約束混凝土柱，鋼管約束鋼筋混凝土柱，鋼管約束型鋼混凝土柱的理論、試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)方法方面的創(chuàng)新性研究成果，并給出了這種新型構(gòu)件的典型工程應(yīng)用實(shí)例。內(nèi)容主要包括：鋼管約束混凝土軸壓短柱的力學(xué)性能；鋼管約束鋼筋混凝土框架柱和鋼管約束型鋼混凝土框架柱的滯回性能；各類鋼管約束混凝土柱的承載力計(jì)算方法、構(gòu)造與設(shè)計(jì)方法；鋼管約束混凝土柱的五個(gè)典型工程應(yīng)用情況。

本書可供土木工程專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生、教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

鋼管高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是解決鋼筋混凝土高層建筑胖柱問題和增大橋梁結(jié)構(gòu)跨越能力的經(jīng)濟(jì)而有效的措施，在高層建筑與大跨橋梁工程中得到了卓有成效的應(yīng)用。但采用高強(qiáng)混凝土?xí)逛摴芑炷林拇嘈栽龃螅邚?qiáng)薄壁鋼管的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致鋼管局部穩(wěn)定問題變得突出。基于上述工程背景，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究CFRP約束鋼管高強(qiáng)混凝土柱的力學(xué)性能和工作機(jī)理。本項(xiàng)目擬發(fā)揮硅壓阻式壓力計(jì)的優(yōu)勢(shì)，提出基于核心混凝土軸向應(yīng)力與約束應(yīng)力的測(cè)試新方法，建立核心混凝土被動(dòng)約束模型，揭示鋼管約束延遲核心混凝土出現(xiàn)剪切滑移破壞的機(jī)理。通過軸心受壓試驗(yàn)揭示CFRP約束鋼管高強(qiáng)混凝土的約束機(jī)理，建立CFRP約束參數(shù)與套箍率的數(shù)學(xué)關(guān)系，確定破壞模態(tài)轉(zhuǎn)化的臨界值。進(jìn)行壓彎試驗(yàn)，揭示CFRP對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土壓彎構(gòu)件的約束機(jī)理，獲得CFRP約束對(duì)提高承載力和延性的規(guī)律。提出基于性能的CFRP約束鋼管高強(qiáng)混凝土的分析與設(shè)計(jì)方法用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。

鋼管高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是解決鋼筋混凝土高層建筑“胖柱”問題和增大橋梁結(jié)構(gòu)跨越能力經(jīng)濟(jì)而有效的措施，但是采用高強(qiáng)混凝土?xí)逛摴芑炷林拇嘈栽龃?，而高?qiáng)薄壁鋼管的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致鋼管局部穩(wěn)定問題變得突出?；谏鲜龉こ瘫尘?，本文結(jié)合目前對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土柱與CFRP鋼管普通混凝土研究的現(xiàn)狀進(jìn)行分析與比較，開展了一系列實(shí)驗(yàn)與理論研究。 （1）完成了6個(gè)CFRP圓鋼管普通混凝土短柱和6個(gè)CFRP圓鋼管高強(qiáng)混凝土短柱軸心受壓的對(duì)比試驗(yàn)，研究了徑厚比、混凝土強(qiáng)度、CFRP層數(shù)等參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)徑厚比較大時(shí)，即鋼管為薄壁時(shí)，CFRP圓鋼管高強(qiáng)混凝土短柱和CFRP圓鋼管普通混凝土短柱通常出現(xiàn)剪切破壞，CFRP套箍指數(shù)對(duì)CFRP圓鋼管高強(qiáng)混凝土短柱和CFRP圓鋼管普通混凝土短柱軸壓極限承載力的影響區(qū)別比較大。 (2) 在鋼管混凝土柱的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了7根CFRP約束圓鋼管混凝土柱的抗震試驗(yàn)。通過對(duì)試件破壞形態(tài)、滯回性能、骨架曲線、退化性能、耗能能力等性能指標(biāo)的對(duì)比，分析了不同的約束方法對(duì)改善鋼管混凝土受力機(jī)理及抗震性能的差異。研究結(jié)果表明本文介紹的帶緩沖墊層的雙向約束方法能夠提高碳纖維的整體約束效果，增大塑性鉸區(qū)的工作范圍，提高構(gòu)件的變形性能。 (3) 采用ABAQUS有限元軟件建立了CFRP約束鋼管混凝土柱的精細(xì)化有限元模型，考慮了不同材料(鋼管，核心混凝土和CFRP)在往復(fù)荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系模型，材料與幾何非線性，以及不同材料之間的接觸關(guān)系。通過與已有試驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證了模型在模擬CFRP約束鋼管混凝土柱在軸壓與抗震性能方面的適用性。 (4) 結(jié)合本項(xiàng)目試件和工程實(shí)際尺寸，建立了典型往復(fù)荷載作用下的CFRP約束鋼管混凝土柱的精細(xì)化有限元模型。對(duì)其破壞形態(tài)、受力全過程曲線、材料應(yīng)力分布(鋼材、混凝土和CFRP)以及不同材料的接觸關(guān)系進(jìn)行了分析。 (5) 提出了不同軸壓比作用下CFRP約束對(duì)鋼管混凝土柱承載力和延性的提高系數(shù)，并建議了其荷載—位移骨架曲線模型。以CFRP約束效應(yīng)系數(shù)和軸壓比為參數(shù)，建議了CFRP約束鋼管混凝土柱的荷載—位移滯回曲線模型。以承載能力和延性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，給出了CFRP約束鋼管混凝土柱的構(gòu)造建議。 2100433B