型钢活性粉末混凝土柱偏心受压性能试验与分析

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如今,许多建筑物对于结构性能的要求越来越高,型钢活性粉末混凝土结构开始进入国内外学者的视野,作为一种新型的组合结构,它适用于大跨度、超高层建筑。与普通的钢筋混凝土结构相比较,型钢活性粉末混凝土组合结构具有超高强度、高耐久性、抗震性能好等优点,可以应用到冻融环境中。与钢结构相比,型钢活性粉末混凝土组合结构弥补了钢结构防火性差的缺点。但是,目前国内外对型钢活性粉末混凝土柱的偏心受压试验研究和设计方法尚未成熟,因此对此类组合结构的研究具有广泛的前景。本文共设计并制作了6根型钢活性粉末混凝土柱,对其进行静力加载试验,分析了型钢活性粉末混凝土柱偏心受压的裂缝特点、破坏形态、荷载-竖向位移曲线、荷载-挠度曲线、分析了 6根柱的侧向挠度,并将6根柱分成了 4个不同的参照组,对比了偏心距、配钢率、长细比、纵筋配筋率对型钢活性粉末混凝土柱偏心受压承载力的影响。在试验的基础上,对6根柱用有限元模拟软件进行非线性分析,且与试验数据结果进行了对比。最后,在国内外学者研究的基础上,推导出偏心距增大系数公式,再根据中和轴位置的不同建立了型钢活性粉末混凝土柱偏心受压正截面承载力计算模型,提出了正截面承载力计算公式。研究结果如下:(1)6根柱的裂缝基本呈现对称分布,破坏时在受拉侧会有一条明显的主裂缝。6根柱的最终破坏表现为受压区混凝土压碎。除了小偏心受压破坏的试件荷载-挠度曲线会出现陡降现象,其余大偏心受压破坏的试件下降段曲线比较平缓,表现出很好的延性。(2)偏心距、配钢率、长细比、纵筋配筋率对型钢活性粉末混凝土柱偏心受压承载力影响较大。峰值荷载和抗弯刚度随着偏心距的增大而减小,随着配钢率的增大而增大,随着长细比的增大而减小、随着纵筋配筋率的增大而增大。(3)试件的侧向挠度沿柱高对称分布,且基本符合半波正弦曲线,跨中截面始终为挠度最大的截面。(4)柱截面基本符合平截面假定,但混凝土开裂或钢材与混凝土之间的粘结滑移导致部分柱受压区应变出现转折,但总体符合平截面假定。(5)试验柱的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线、侧向挠度曲线与有限元模拟结果基本吻合,验证了有限元模拟的正确性。(6)将受拉区等效系数和受拉区钢纤维混凝土抗拉强度的影响系数代入承载力计算公式。结果表明,计算值和试验值相差不大。
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