压弯剪扭复合受力型钢混凝土柱震损机理研究

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随着我国城镇化的不断加速,越来越多的高层、大跨度及不规则建筑开始出现,结构的受力情况越来越复杂,传统的钢筋混凝土结构已经不能满足现代社会的需求,因此型钢混凝土结构便应运而生。实际工程中,型钢混凝土柱在地震等反复荷载作用时往往会受到压力、弯矩、剪力、扭矩等多种荷载的共同作用。但现有文献对型钢混凝土柱的研究还不足以揭示其在复合受扭状态下的抗震损伤性能。因此,开展压弯剪扭复合受力状态下型钢混凝土组合结构的震损机理研究十分有必要。本文考虑轴压比、扭弯比、剪跨比三个变化参数,设计并制作了7个型钢混凝土柱进行拟静力加载,分析了各个变化参数对其滞回性能的影响规律;揭示了型钢混凝土柱在复合受扭作用下的损伤破坏机理;利用现有理论模型建立了抗扭承载力计算公式,并根据试验数据对理论计算公式进行了修正;最后根据试验曲线建立了扭转骨架曲线模型和恢复力模型。所取得的主要研究成果如下:(1)随着扭弯比的增大,型钢混凝土柱的裂缝逐渐发展为斜向网格状,且倾斜角度逐渐增大,塑性铰区域上移,破坏形态由弯曲破坏为主转为扭转破坏为主。构件最终破坏程度受轴压比影响较大,轴压比越大,构件破坏程度越严重。(2)各个构件的滞回曲线较为相似,弯矩-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,弯曲抗震性能良好;扭矩-扭转角滞回曲线均呈反“S”形,滞回环包围的面积较小,有明显的捏缩现象。在构件受到复合受扭作用时,弯矩的存在会降低构件的抗扭,扭弯比由∞减小到1.5、0.5时,构件峰值扭矩分别降低了24.2%、63.06%。(3)对于弯矩抗震损伤性能,较大的扭弯比、轴压比会使构件的弯矩退化程度增加,刚度退化速度加快,延性变差。对于扭矩抗震损伤性能,扭弯比增大,构件扭矩退化程度增大,延性有所增加;轴压比减小,构件强度退化较平缓,但刚度及耗能均有所降低;小剪跨比构件的强度及刚度退化均较为缓慢,抗震性能较好。(4)在变角空间桁架模型的基础上,采用等效替换的方法,建立了复合受扭作用下型钢混凝土柱统一强度方程,然后采用叠加法得到了型钢混凝土柱抗扭承载力计算公式。最后考虑型钢与钢筋混凝土的协同效应,根据试验数据拟合提出整体抗扭承载力系数对计算抗扭承载力进行修正,修正后的计算值精确度较高。(5)根据现有理论及试验所得数据,建立了扭矩-扭转角骨架曲线三折线模型,在特征参数的计算中考虑了扭弯比、轴压比和剪跨比等试验参数的影响,计算扭转骨架曲线模型与实测骨架曲线吻合较好;依靠建立的骨架曲线模型和卸载刚度退化规律,建立了压弯剪扭复合作用下构件的扭转恢复力模型。
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