【摘 要】
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钢管混凝土异形柱具有承载能力高、施工方便、抗震性能优良等特点,同时灵活性强,截面形状多样,受到许多建筑设计师的青睐,被广泛应用与民用住宅和商业建筑中。尽管目前异形钢管混凝土结构在国内得到了很多实际工程应用,但其抗剪、抗弯及压弯等相关研究并不全面,现行规范或规程对异形钢管混凝土的承载力设计方法阐述不多。在此背景下,为了充分发挥钢管混凝土异形柱工程应用价值,给其设计提供依据,本文对课题组提出的一种由方
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钢管混凝土异形柱具有承载能力高、施工方便、抗震性能优良等特点,同时灵活性强,截面形状多样,受到许多建筑设计师的青睐,被广泛应用与民用住宅和商业建筑中。尽管目前异形钢管混凝土结构在国内得到了很多实际工程应用,但其抗剪、抗弯及压弯等相关研究并不全面,现行规范或规程对异形钢管混凝土的承载力设计方法阐述不多。在此背景下,为了充分发挥钢管混凝土异形柱工程应用价值,给其设计提供依据,本文对课题组提出的一种由方形或矩形钢管截面焊接组合而成,内设钢板的多腔T形截面进行了试验研究、理论分析以及有限元分析,基于大量参数分析,提出了多腔钢管混凝土组合T形柱短柱轴压稳定、受弯、单向偏压和双向偏压承载力计算公式。主要研究结果如下:1以荷载偏心角、偏心距和腹板高度为试验参数,进行了12根多腔钢管混凝土组合T形柱偏心受压试验（10根双偏和2根单偏）,考察了偏心受压组合T形柱的破坏模式、变形特征和极限承载力。试验结果表明:该组合T形截面整体变形协调,具有良好的延性与塑性;试件主要破坏形式为整体弯曲和局部屈曲破坏。随着试件腹板高度和偏心距的增加,试件弹性阶段、弹塑性阶段的刚度以及极限承载力均有所增加,偏心角对试件极限承载力影响较小,偏心角为-θ试件的弹塑性阶段刚度和极限承载力更大。2基于试验研究,采用ABAQUS软件建立了多腔钢管混凝土组合T形柱数值模型,进行了单向和双向偏压有限元计算分析,与试验结果对比极限承载力、破坏形态和荷载-位移曲线,发现吻合良好,且分析了在极限状态下柱截面核心混凝土的应力与应变分布情况。同时分析了混凝土强度、钢管厚度、构件长细比、钢材强度、荷载偏心距和腹板高宽比对构件单向压弯性能影响,分析了轴压比、钢管厚度、钢材强度、混凝土强度和腹板高宽比对构件双向压弯性能影响。3对组合T形柱的轴压稳定系数进行了分析,并提出了多腔钢管混凝土异形柱轴压稳定承载力简化计算方法。依据极限状态下跨中截面应力分布情况,建立受弯简化力学模型,得出多腔钢管混凝土组合T形柱受弯承载力简化计算方法,该计算方法能够比较精准的预测受弯承载力。根据单向偏压参数分析结果,归一化处理得出构件绕对称轴偏压承载力N/Nu-M/Mu相关曲线简化计算方法,该计算方法基本小于有限元结果,偏于安全,同时基于此,提出了考虑长细比的绕对称轴偏压承载力N/Nu-M/Mu相关曲线简化计算方法,其计算结果偏于安全。根据双向偏压参数分析结果,归一化处理得出双向偏压承载力Mx/Mucx-My/Mucy相关曲线简化计算方法,该方法计算值基本小于有限元结果,偏于安全。
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