【摘 要】
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型钢混凝土异形柱结构因柱内部配置了型钢使其力学性能较普通钢筋混凝土异形柱有显著提高,结构适用性大幅提升。目前,国内外学者主要集中在型钢混凝土异形柱的偏压、压弯剪作用下的承载能力及抗震性能研究,而对压弯剪扭复合受力作用下的研究较少。为此,本文选取型钢混凝土异形柱结构体系中的T形截面柱为研究对象,以配钢形式、轴压比、扭弯比和截面肢高肢厚比为主要变化参数,综合采用试验、数值模拟和理论分析等方法开展型钢混
【基金项目】
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国家自然科学基金—压弯剪扭复合作用下型钢混凝土构件的性能及设计方法研究,编号:52168004; 国家自然科学基金—高温后钢与再生混凝土界面粘结传力机理及损伤评价,编号:51578163; 广西自然科学基金重点项目—强震作用下型钢再生混凝土柱-生态复合墙混合结构体系性能及设计方法研究,编号:2013GXNSFDA019025;
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型钢混凝土异形柱结构因柱内部配置了型钢使其力学性能较普通钢筋混凝土异形柱有显著提高,结构适用性大幅提升。目前,国内外学者主要集中在型钢混凝土异形柱的偏压、压弯剪作用下的承载能力及抗震性能研究,而对压弯剪扭复合受力作用下的研究较少。为此,本文选取型钢混凝土异形柱结构体系中的T形截面柱为研究对象,以配钢形式、轴压比、扭弯比和截面肢高肢厚比为主要变化参数,综合采用试验、数值模拟和理论分析等方法开展型钢混凝土T形截面柱压弯剪扭复合受力性能研究,分析了试验参数变化对型钢混凝土T形截面柱力学性能的影响,揭示了压弯剪扭复合受力型钢混凝土T形截面柱的破坏机理并获取其抗震性能指标。主要工作及研究成果如下:(1)自行研发设计压弯剪扭空间加载装置并完成了15根型钢混凝土T形截面柱压弯剪扭复合受力加载试验,揭示了压弯剪扭复合受力下的型钢混凝土T形截面柱的破坏过程和形态。结果表明:实腹式配钢和空腹式配钢型钢混凝土T形截面柱的破坏形态相似,总体表现出以腹板受压破坏为主,翼缘剪应力叠加区混凝土破坏更为严重;随扭弯比增大,型钢混凝土T形截面柱的破坏形态由弯曲破坏逐渐转变为扭转破坏;加载工况相同时,空腹式配钢比实腹式配钢试件破坏更严重。(2)通过试验获取了型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力下的柱顶荷载-位移(P-Δ)滞回曲线和扭矩-扭转角(T-θ)滞回曲线和相应的骨架曲线,分析了各参数变化对型钢混凝土T形截面柱滞回曲线和骨架曲线的影响。分析了型钢混凝土T形截面柱的强度衰减、刚度退化、位移延性系数、转角延性系数、侧向位移角、水平位移耗能能力、扭转耗能能力、综合耗能能力、极限荷载以及残余变形等力学性能指标。并采用标准化计算方法对型钢混凝土T形截面柱承载力进行统一分析。结果表明:型钢混凝土T形截面柱的水平承载能力从高至低依次为实腹式配钢、空腹式配T形钢、空腹式配槽钢。(3)型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力作用下,随扭弯比的逐渐递增,水平承载力和侧向抗变形能力逐渐降低;在一定范围内随着扭弯比增大,其受扭承载力和抗扭转变形能力有所增加;空腹式配钢试件的水平承载力和侧向抗变形能力的降低幅度及受扭承载力和抗扭转变形能力的增大幅度均大于实腹式配钢试件。在一定范围内随着轴向压力增大,实腹式配钢和空腹式配T形钢试件的水平承载力和抗变形能力有所增强,而空腹式配槽钢试件的水平承载力却减小。实腹式配钢试件的耗能能力比空腹式配钢试件强。适当提高轴压比和减小柱截面肢高肢厚比,型钢混凝土T形截面柱的耗能能力增强。(4)构建了型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力下的受剪、受扭承载力分析理论模型。以试验实测数据为基础,采用Abaqus有限元软件建立了型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力下的数值分析方法,并与试验数据相验证,模拟结果与试验结果符合良好。以此为基础,扩展分析了轴压比、扭弯比等不同参数变化对型钢混凝土T形截面柱压弯剪扭复合受力性能的变化规律,为型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力作用下的受剪、受扭承载力计算分析提供依据。(5)以变角空间桁架理论和塑性理论以及型钢等效原理为基础,引入压扭、剪扭和弯扭相关性,考虑压弯剪扭复合受力作用,建立了型钢混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力作用下的受剪、受扭承载力计算公式。
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