【摘 要】
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在我国西北地区有大面积的沙漠,如果合理利用风积沙不仅可以遏制沙漠化进程,还可以减少基础设施和房屋建设中对河砂的依赖,进而降低实际工程成本。为推动风积沙资源在钢管混凝土结构中的应用,本文提出方钢管风积沙混凝土柱。通过低周反复荷载试验和对比分析,研究了4个方钢管风积沙混凝土柱试件的地震损伤性能,并在此基础上建立了试件的恢复力模型和损伤模型;此外,利用有限元模拟软件ABAQUS对方钢管风积沙混凝土柱试件
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在我国西北地区有大面积的沙漠,如果合理利用风积沙不仅可以遏制沙漠化进程,还可以减少基础设施和房屋建设中对河砂的依赖,进而降低实际工程成本。为推动风积沙资源在钢管混凝土结构中的应用,本文提出方钢管风积沙混凝土柱。通过低周反复荷载试验和对比分析,研究了4个方钢管风积沙混凝土柱试件的地震损伤性能,并在此基础上建立了试件的恢复力模型和损伤模型;此外,利用有限元模拟软件ABAQUS对方钢管风积沙混凝土柱试件进行有限元分析。主要研究内容如下:1、本文选取内蒙古自治区库布齐沙漠的风积沙为原材料,设计、制作了缩尺比为1:2的4个方钢管风积沙混凝土柱试件,对其进行了低周反复荷载试验,重点研究了各试件的主要抗震指标,包括试件的破坏模式、承载力、滞回性能、延性、刚度、累积耗能。研究结果表明:方钢管风积沙混凝土柱与普通风积沙混凝土柱相比,前者的滞回性能更饱满、延性更好、承载力更高、刚度退化更为缓慢和耗能能力更强,方钢管的设置能够显著提高风积沙混凝土柱的抗震性能。2、利用Origin软件和最小二乘法对试验数据进行拟合分析,在试验的基础上建立了适用于方钢管风积沙混凝土柱的三折线恢复力模型。研究结果表明:建立的恢复力理论模型与试验结果吻合较好,相关性在0.94以上,可为此类方钢管混凝土风积沙柱的抗震分析提供依据。3、在试验的基础上对实测数据进行拟合分析,建立了基于刚度和耗能的双参数损伤模型,并对方钢管风积沙混凝土柱试件的损伤量化指标进行了理论分析。研究结果表明:本文修正后的双参数损伤模型和损伤的量化指标与试件的地震损伤演化过程吻合较好,可用于此类试件的地震损伤分析。4、利用有限元模拟软件ABAQUS对方钢管风积沙混凝土柱进行有限元分析,得到试件的特征点和骨架曲线,模拟结果与试验值吻合较好,表明所建立的理论模型较为合理。通过改变试件的轴压比、风积沙混凝土强度和钢管壁厚等参数,分析以上参数对方钢管风积沙混凝土柱抗震性能的影响规律,结果表明:（1）当轴压比在0.2～0.4范围内,方钢管风积沙混凝土柱的承载力随轴压比的增加而增大,当轴压比在0.5-0.6范围内,试件的承载力提升并不明显,且延性大幅度降低。（2）随着风积沙混凝土强度等级的提升,试件的屈服荷载、峰值荷载和破坏位移等特征点略有提升。（3）方钢管壁厚在1-5mm范围内,随着钢管壁厚的增加,试件的极限承载力和延性指标在一定程度上得到了改善,但当方钢管壁厚达到7mm时改善效果不明显,表明在适当范围内提高钢管壁厚有利于提高试件的抗震性能。
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