【摘 要】
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圆钢管约束混凝土柱(STCRC)承载力高、抗震性能优越,作为关键承重柱,在高层与重载结构中应用前景广阔。目前《钢管约束混凝土结构技术规程》(JGJ/T471-2019)因STCRC柱优越的抗震性能而放松了对其正常使用阶段的轴压比限制,导致该类构件可能长期处于高应力状态,发生非线性徐变。目前,尚未有学者研究STCRC柱的非线性徐变性能。同时,未有学者开展STCRC柱长期持荷后力学性能研究。为此,本文
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《约束混凝土徐变机制及其对圆钢管约束混凝土柱静动力性能影响(51778184)》;
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圆钢管约束混凝土柱(STCRC)承载力高、抗震性能优越,作为关键承重柱,在高层与重载结构中应用前景广阔。目前《钢管约束混凝土结构技术规程》(JGJ/T471-2019)因STCRC柱优越的抗震性能而放松了对其正常使用阶段的轴压比限制,导致该类构件可能长期处于高应力状态,发生非线性徐变。目前,尚未有学者研究STCRC柱的非线性徐变性能。同时,未有学者开展STCRC柱长期持荷后力学性能研究。为此,本文对STCRC柱在高应力水平持荷作用下的非线性徐变性能及持荷后力学性能进行了试验研究;作为研究STCRC柱持荷后稳定性能与滞回性能的基础,考虑钢管纵向刚度贡献与约束应力沿柱长方向的不均匀性,提出了一种基于梁单元的圆钢管约束混凝土柱力学性能分析方法。具体工作如下:(1)进行了6个STCRC短柱非线性徐变试验,混凝土强度等级为C50,主要参数为应力比(0.5、0.6),揭示了被动约束应力随时间的发展规律,确定了适用于该类构件的混凝土徐变模型。试验结果表明:时效作用使长期变形增加64.0%~73.7%;应力比为0.6时,构件长期变形表现出明显的非线性徐变特征;持荷过程中,约束应力随时间逐渐增大,但受混凝土收缩影响,约束应力值较小,对该强度等级的混凝土可忽略约束应力作用,欧洲规范与Geng提出的素混凝土非线性徐变模型依然适用。(2)进行了14个经长期持荷及7个未经长期持荷STCRC短柱轴压力学性能试验,主要参数有加载龄期、混凝土强度、含钢率、纵向钢筋配筋率以及钢-混凝土界面黏结摩擦力。试验结果表明:长期持荷作用使构件轴压刚度增大2.3%~50.6%,极限承载力提高1.2%~5.8%,峰值应变及延性系数分别降低2.3%~20.0%和3.5%~15.0%;长期持荷作用还使钢管纵向受力增大3.0%~54.5%,钢管中部约束应力降低8.7%~29.7%,钢管端部约束应力增大26.3%~89.0%。(3)基于合力等效原则,考虑钢管纵向应力及约束应力沿柱长方向的不均匀性,提出了适用于梁单元的STCRC柱钢管有效截面面积与混凝土等效应力-应变关系表达式。基于此,结合纤维模型法,建立了STCRC柱力学性能分析方法,与收集到的148组试验数据进行对比,验证了该简化方法的可靠性。分析结果表明,简化方法与试验结果吻合良好,承载力均值为1.023,判定系数为0.997;刚度均值为1.011,判定系数为0.938。
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