内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱轴压及抗震性能研究

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方钢管混凝土柱(CFST)已广泛应用于超高层结构中,为有效减小超高层结构中柱的截面尺寸,可采用超高强混凝土(UHSC)作为内填混凝土。为保证方钢管超高强混凝土柱具有良好的变形能力,可在组合柱内设置螺旋箍筋来进一步约束内填混凝土,该类组合柱可称为内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土(SCCFST)柱。本论文对内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱的轴压与抗震性能展开了系统、深入的研究,取得的主要研究成果如下:(1)对14个方钢管超高强混凝土柱试件展开轴压加载试验,主要变化参数包括螺旋箍筋体积配箍率、螺旋箍筋屈服强度以及螺旋箍筋约束区面积与内填混凝土总面积的比值。通过对试验结果的深入分析,得到了内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱的破坏形式、轴压承载力和变形能力等力学性能。(2)基于已有的钢管应力-应变模型,分离得到了内填超高强混凝土的轴力-平均应变关系曲线。螺旋箍筋对内填混凝土峰值后性能的改善作用总体上随着螺旋箍筋约束指标(ke·ρs·fup/fc’)的提高而提高,表明该指标可有效评价组合柱中内填混凝土的延性。基于能量原理的构件延性评价指标与螺旋箍筋约束指标之间也存在较稳定的联系。通过回归分析,建立了可用于计算内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱中螺旋箍筋需用量的设计公式。(3)对内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱开展了抗震性能研究。试件的变化参数为轴压比与是否内配螺旋箍筋。通过对试验结果的深入分析,得到了组合柱的破坏机制、滞回特性、承载力、变形能力和耗能能力等。本论文研究表明,内配螺旋箍筋构造能有效提高方钢管超高强混凝土柱的受力性能,在超高层建筑中具有广阔的应用前景。
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