并束螺旋筋约束混凝土柱抗震性能研究

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地震是人类面临的严重自然灾害之一。我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域分布广,研究建筑结构的抗震性能十分必要与迫切。在一些高层建筑中,人们为了提高建筑的抗震性能,而采用了钢结构或钢管混凝土的设计,但是由于钢结构和钢管混凝土结构钢材的外露,这将严重影响结构的耐久性、耐火性以及稳定性。因此,本课题组提出了配置四个并束螺旋筋约束混凝土柱的想法,并通过试验对其力学性能进行了探索研究。课题组已经对这种并束螺旋筋约束混凝土柱结构的轴压和偏压力学性能进行了研究,本文在既有的研究基础上,通过低周反复加载试验对其进行抗震性能研究,以期为该类型的钢筋混凝土柱在工程中的应用推广提供试验和理论基础。  本文以螺旋筋间距、螺旋筋形式、纵筋配筋量为变化参数,设计了6个并束螺旋筋约束混凝土柱和1个单个螺旋筋约束混凝土柱试件进行低周反复加载试验,观察了其受力破坏过程及形态,并基于试验实测数据,深入分析了各变化参数对该类新型构件抗震性能的影响规律。同时本文计算了并束螺旋筋约束混凝土柱截面在界限破坏条件下的轴压比,讨论了箍筋约束、周边纵向钢筋、芯柱纵筋和螺旋筋约束的有利影响。通过试验数据及试件延性分析并结合抗震规范中的相关规定,提出并束螺旋筋约束混凝土柱在不同抗震等级下轴压比限值的建议值,以供工程设计参考。最后本文对试件的滞回曲线和骨架曲线模型进行分析处理,提出了适用于该类结构的恢复力模型。  研究结果表明:该类型柱子滞回曲线呈较为饱满的梭形,表现出良好的抗震性能;试件的骨架曲线在弹性阶段基本重合,下降段较为平缓,说明试件的后期变形能力强;所有试件的位移延性系数在3.08-4.04之间,且其极限层间位移角介于1/29-1/50之间,均超过混凝土规范中框架结构的弹塑性层间位移角限值1/50,具有较强的变形及抗倒塌能力;随着螺旋箍筋配箍率的增大,并束螺旋筋试件的耗能能力有所提高,延性和抗倒塌能力增大,说明配置并束螺旋筋可以有效的改善试件的抗震性能。
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