PBL加勁型方鋼管混凝土軸壓柱受力性能試驗研究

第1 章　緒論…………………………………………………………………………………… 1

1． 1　研究背景及意義……………………………………………………………………… 1

1． 2　鋼管混凝土的應用與發(fā)展…………………………………………………………… 3

1． 3　鋼管混凝土的研究現(xiàn)狀……………………………………………………………… 7

1． 4　本書主要研究內容…………………………………………………………………… 14

第2 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱試驗………………………………………… 16

2． 1　概述…………………………………………………………………………………… 16

2． 2　試驗方法……………………………………………………………………………… 16

2． 3　試驗結果分析………………………………………………………………………… 24

2． 4　本章小結……………………………………………………………………………… 51

第3 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析………………………………… 52

3． 1　概述…………………………………………………………………………………… 52

3． 2　材料本構關系………………………………………………………………………… 52

3． 3　單元類型……………………………………………………………………………… 59

3． 4　有限元模型的建立…………………………………………………………………… 60

3． 5　有限元計算結果與試驗結果的對比分析…………………………………………… 61

3． 6　本章小結……………………………………………………………………………… 76

第4 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱設計方法研究……………………………… 78

4． 1　概述…………………………………………………………………………………… 78

4． 2　承載力計算方法研究………………………………………………………………… 78

4． 3　軸壓組合剛度分析…………………………………………………………………… 82

4． 4　不同參數(shù)對承載力的影響分析……………………………………………………… 87

4． 5　不同受力模式分析…………………………………………………………………… 91

4． 6　本章小結……………………………………………………………………………… 92

第5 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓長柱試驗研究…………………………………… 94

5． 1　概述…………………………………………………………………………………… 94

5． 2　試驗方法……………………………………………………………………………… 94

5． 3　混凝土質量的超聲波檢驗…………………………………………………………… 97

5． 4　試驗結果分析………………………………………………………………………… 99

5． 5　軸壓組合柱穩(wěn)定承載力計算……………………………………………………… 107

5． 6　本章小結…………………………………………………………………………… 109

2

第6 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土拱橋力學性能研究…………………………………… 110

6． 1　概述………………………………………………………………………………… 110

6． 2　工程背景…………………………………………………………………………… 110

6． 3　有限元模型驗證…………………………………………………………………… 111

6． 4　PBL 截面形式拱橋力學性能分析………………………………………………… 112

6． 5　結果分析…………………………………………………………………………… 114

6． 6　本章小結…………………………………………………………………………… 118

參考文獻……………………………………………………………………………………… 1192100433B

在方鋼管混凝土拱橋中增設PBL能夠有效提高拱橋的抗彎剛度和極限承載能力，與方鋼管混凝土拱橋相比，增設PBL之后含鋼率增大約30%，然而承載能力提高約54%，在極限狀態(tài)下，荷載能夠更有效的沿拱肋傳遞，從而增強了鋼與混凝土的共同作用。

以鋼管混凝土格構柱軸壓、偏壓試驗研究為主，配合進行鋼管混凝土桁梁受彎試驗以及空鋼管格構柱對比試驗，進行鋼管混凝土格構柱非線性有限元分析，對其極限承載力進行參數(shù)分析和理論分析，提出鋼管混凝土格構柱極限承載力的簡化計算方法。進行鋼管混凝土格構柱柱肢節(jié)點處設置內栓釘與否與不同設置的對比試驗，研究柱肢節(jié)點處的鋼管與管內混凝土的傳力機理及整體受力的影響，分析內栓釘?shù)淖饔门c合理布置方式。本項目的研究將在于填補

許多建筑物需要進行加固，目前主要依靠工程經(jīng)驗決定加固措施，由于缺乏系統(tǒng)和深入的研究，加固后結構的實際安全度出入較大。通過有限元分析和試驗研究外包砼加固的鋼筋砼柱，確定其受力性能的一般規(guī)律和多種因素的影響，給出其加固的原則和計算方法，為結構的加固設計和加固后結構性能的評估提供必要的依據(jù)，具有重要的技術經(jīng)濟意義。 2100433B

方鋼管混凝土組合異形柱由于能夠包裹在墻體內部，而且抗震性能好，用鋼量相比純鋼結構更為節(jié)省，因此是一種具有市場價值的柱子結構形式。 本項目在前期針對這種柱子靜力性能研究的基礎上，進行的主要研究內容如下：（1）完成三榀雙層單跨的方鋼管混凝土組合異形柱（SCFST）-H型鋼梁框架擬靜力試驗研究，主要考察不同的軸壓比和梁柱線剛度比對其力學性能的影響。由試驗結果發(fā)現(xiàn)，框架具有良好的耗能能力和延性。（2）建立了有接觸單元和無接觸單元的有限元模型，對比發(fā)現(xiàn)，兩種模型的應力變化基本同步，但有接觸單元的計算所需時間是無接觸單元的五倍，使用簡化的有限元模型對SCFST框架進行參數(shù)化分析，考察其在不同軸壓比作用下的力學性能，發(fā)現(xiàn)框架都有很好的耗能能力和延性。（3）完成了9根方鋼管混凝土組合異形柱的軸壓壓彎試驗和數(shù)值模擬，考察了長細比、連接板寬度、連接板厚度和偏心距的參數(shù)對軸壓穩(wěn)定承載力的影響，采用數(shù)值模型進行了參數(shù)分析，得到了長柱軸壓和壓彎的破壞模態(tài)和極限承載力值。（4）依據(jù)ANSI/AISC 360-05、GB50936、CECS159和DB29的計算方法分別推導了針對異形柱的計算公式，并提出了基于單肢失穩(wěn)的疊加承載力計算方法，借助EXCEL編制計算程序，進行結果比對，發(fā)現(xiàn)精度良好。（5）建立12層SCFST柱框架-支撐模型，通過靜力彈塑性分析法進行了SCFT柱結構體系的抗震性能研究，發(fā)現(xiàn)在地震下的的側向變形分別滿足彈性與彈塑性極限要求，SCFST柱模型的抗側性能要優(yōu)于相同用鋼量的CFT柱模型，屈服機制為：支撐-梁-SCFST柱。（6）以濱海新區(qū)保障性住房為例，通過邁達斯數(shù)值建模和改變支撐布置位置，增設電梯井剪力墻進行參數(shù)化抗震性能分析，發(fā)現(xiàn)在地震作用下支撐布置在結構的最外側對結構最有利，在電梯井處布置方鋼管混凝土組合異型柱相較于布置混凝土剪力墻對結構的抗震性能更有利。 通過框架擬靜力試驗與長柱軸壓壓彎試驗和理論分析，發(fā)現(xiàn)方鋼管混凝土組合異形柱單肢能夠協(xié)同受力，異形柱-H型鋼梁框架抗震性能良好，提出了精確度較好的簡化數(shù)值模型和承載力計算公式，并提出了小高層設計方法，通過參數(shù)分析，得到了小高層方鋼管混凝土組合異形柱結構的最優(yōu)布置形式，得到了精確度較高的計算公式，并編制了計算程序。 通過本項目研究，為推動方鋼管混凝土組合異形柱的應用提供了技術支持。 2100433B