約束鋼管混凝土抗沖擊試驗研究

鋼管混凝土(CFT)結構因其能夠充分發(fā)揮鋼和混凝土這兩種材料的優(yōu)點，已經在高層建筑和橋梁中得到了廣泛的應用。項目申請者提出的新型鋼管混凝土- - 約束鋼管混凝土(CCFT)體系則進一步改善了其力學性能尤其是延性，在承受爆炸、倒塌或者其他原因引起的動力及沖擊荷載的結構中具有良好的應用前景。目前對CCFT結構的抗沖擊性能研究還非常有限，本項目擬通過多種試驗手段開展CCFT在沖擊荷載作用下的試驗研究，并進行相應的數值分析模擬，揭示CCFT在的不同應變率下的受力機理及抗沖擊性能，提出合理的抗沖擊計算公式。本研究項目將為約束鋼管混凝土結構的抗爆、抗沖擊設計提供試驗和理論依據。 2100433B

鋼管約束鋼筋混凝土柱具有承載力高、抗震性能好、節(jié)點構造簡單等優(yōu)點，在高層建筑與大跨空間結構中得到了應用。目前國內外尚無關于方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能的研究，更無設計規(guī)范或規(guī)程可供參考。因受力特點不同，方鋼管約束鋼筋混凝土柱不能套用鋼筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的抗火研究成果。因此對方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能開展了試驗研究與理論分析，并提出了相應的抗火設計方法。首先進行了方鋼管約束鋼筋混凝土柱足尺明火試驗，實測了標準火災作用下構件截面關鍵測點溫度、軸向變形、柱頂轉角、側向變形、耐火極限和破壞模式，獲得了荷載比和偏心距對火災下構件變形和耐火極限的影響規(guī)律。建立了方鋼管約束鋼筋混凝土柱溫度場和耐火極限的有限元分析模型，分析了荷載比、截面尺寸、偏心率等參數對溫度場和耐火極限的影響規(guī)律，提出了標準火災作用下鋼管、鋼筋與混凝土溫度的計算方法與耐火極限的計算方法。實際結構中受火柱受到相鄰構件的約束，受力機理和抗火性能與單體構件顯著不同，因此分析了端部軸向約束與轉動約束作用對構件抗火性能的影響。獲得了軸向約束剛度比和轉動約束剛度比對構件耐火極限的影響規(guī)律，提出了火災下構件計算長度計算公式，以及考慮端部約束的方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火設計方法。本項目揭示了火災下方鋼管約束鋼筋混凝土柱的工作機理，建立了方鋼管約束鋼筋混凝土柱的抗火設計方法，為該類構件的防火設計奠定了基礎，進一步完善了鋼管約束鋼筋混凝土柱的設計理論。 2100433B

鋼管約束鋼筋混凝土柱具有承載力高、抗震性能好、節(jié)點構造簡單等優(yōu)點，在高層建筑與大跨空間結構中得到應用。目前國內外尚無關于方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能的研究，更無設計規(guī)范或規(guī)程可供參考。因受力特點不同，方鋼管約束鋼筋混凝土柱不能套用鋼筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的抗火研究成果。因此，應對其抗火性能展開研究。此外，相關研究表明，實際結構中受火柱受到相鄰構件的約束，受力機理和抗火性能與單體構件顯著不同，有必要考慮端部約束作用。為此，本項目將以方鋼管約束鋼筋混凝土柱為研究對象，采用試驗研究與理論分析相結合的方式，重點研究火災下無端部約束構件的溫度、變形與耐火極限，并提出抗火設計方法；在此基礎上，引入端部約束作用，分析其對火災下方鋼管約束鋼筋混凝土柱受力機理與耐火極限的影響，提出可考慮端部約束作用的抗火設計建議。本項目的研究成果將進一步完善鋼管約束鋼筋混凝土柱的抗火設計理論，促進該類構件的應用與發(fā)展。

鋼管混凝土(CFT)結構因能夠形成鋼和混凝土兩種材料的組合效應得到了越來越多的工程應用。但以往的研究顯示鋼管混凝土柱中的鋼管在地震荷載下會受到屈曲和拉直的壓縮和拉伸往復作用，最終導致低周疲勞破壞。項目申請者提出的新型鋼管混凝土：約束鋼管混凝土(CCFT)體系能夠有效的推遲或防止鋼管局部屈曲，從而進一步改善了其力學性能，尤其是延性。本項目擬通過一系列試驗于理論分析，研究約束鋼管混凝土柱低周疲勞特性，在申請人已有的有關鋼管混凝土低周疲勞損傷模型研究成果的基礎上進一步建立考慮橫向約束的更加合理和精確的統(tǒng)一損傷模型。最終用于指導鋼管混凝土和約束鋼管混凝土的工程抗震設計和工程應用。