配筋圆钢管混凝土柱纵筋对构件受力性能的影响研究

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配筋钢管混凝土(Reinforced Concrete Filled Steel Tube,简称R-CFST)已被证实为体积小、承载力高并且具有良好的抗震性能的结构体系。纵向钢筋作为RCFST重要的组成部分,目前关于纵筋对R-CFST力学性能的影响分析尚限于纵筋对构件整体力学性能的宏观观察,而纵筋对构件延性、套箍效应、破坏模式以及断裂韧性等力学指标的影响规律尚未发现明确的研究成果。因此,本研究以纵筋为研究对象,进行了R-CFST轴心受压短柱实验研究和有限元模拟研究,并探讨了其国内外承载力公式。(1)纵筋形状的实验研究:以纵筋形状(屈服强度或屈强比)为变化参数,共制作了18根试件,包括6根配有带肋纵筋的配筋钢管混凝土和配筋混凝土短柱(重复试件3根)、6根配有光圆纵筋的配筋钢管混凝土和配筋混凝土短柱、3根钢管混凝土短(CFST)以及3根素混凝土短柱。综合分析发现:纵筋形状对RCFST短柱力学性能的影响不明显,因此,推荐使用与钢管相匹配的纵筋类型;在R-CFST短柱中配置钢筋笼,可以使构件拥有了更高的承载力,良好的变形能力以及能量吸收能力。(2)纵筋配筋率的实验研究:以纵筋配筋率为主要变化参数制备了5组的RCFST(每组2根重复试件)、3根钢管混凝土和3跟素混凝土试件。实验结果表明:峰值荷载和塑性性能随配筋率的增大而增加;随配筋率的增大,构件破坏模式由剪切破坏向多折腰鼓形破坏形式转变;能充分发挥各材料力学性能的合理配筋率范围为1.32%到3.5%之间。(3)数值模拟研究:在Saenz混凝土本构模型的基础上,提出了以套箍系数为变化参数的混凝土三向应力状态下的本构关系。并在在上述两次实验的基础上,建立了不同钢管壁厚以及纵筋配筋率的36根有限元数值模型,最终提出了在不同钢管壁厚下的合理纵筋配筋率范围为1.0%~3.0%。(4)受压承载力研究:对现有的CFST承载力计算公式(AIJ、EC4、GB 50936-2014和CECS 28-2012)进行了修改,并通过收集到的实验结果对计算结果进行了评估。结果表明:美国规范公式得出的结果偏于保守,修改过的日本、欧洲以及我国规范公式更适合评估R-CFST受压承载力。通过前述研究得出如下结论:(1)纵筋形状以及屈服强度对R-CFST短柱力学性能的影响不明显,因此,推荐使用与钢管相匹配的纵筋类型;(2)随配筋率的增大,构件破坏模式由剪切破坏向多折腰鼓形破坏形式转变;(3)在不同钢管壁厚下的合理纵筋配筋率范围为1.0%~3.0%。
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