【摘 要】
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部分预制装配型钢混凝土(PPSRC)结构是指对型钢混凝土结构的外壳部分进行预制、内部进行现浇的一种新型组合结构形式,它具有型钢混凝土结构承载力高、抗震性能好的性能优势,又能差异化选择内部与外部的混凝土材料,合理配置,提高经济性。本文主要开展PPSRC柱轴压性能的试验研究和数值模拟分析,并提出轴压承载力计算公式,主要研究内容如下:首先,设计8个PPSRC实心柱和2个PPSRC空心柱进行轴压试验,研究
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部分预制装配型钢混凝土(PPSRC)结构是指对型钢混凝土结构的外壳部分进行预制、内部进行现浇的一种新型组合结构形式,它具有型钢混凝土结构承载力高、抗震性能好的性能优势,又能差异化选择内部与外部的混凝土材料,合理配置,提高经济性。本文主要开展PPSRC柱轴压性能的试验研究和数值模拟分析,并提出轴压承载力计算公式,主要研究内容如下:首先,设计8个PPSRC实心柱和2个PPSRC空心柱进行轴压试验,研究了破坏形态、应变发展和荷载-轴向变形曲线,分析了内部混凝土强度、矩形螺旋箍筋间距、截面形式以及十字型钢翼缘是否焊接抗剪栓钉等参数对PPSRC柱轴压性能的影响。结果表明:所有试件在达到承载能力极限状态时均发生材料破坏,破坏形态基本一致;试件的轴压承载力随内部混凝土强度的提高而提高,承载力增幅随内部混凝土强度的提高而增大;试件的轴压承载力随矩形螺旋箍筋间距的减小而提高,承载力增幅随间距的减小而增大;内部混凝土强度对试件的轴压承载力影响最大,其次是箍筋间距,是否布置栓钉对承载力影响较小。其次,采用有限元软件ABAQUS对PPSRC柱的轴压性能进行数值模拟分析,各试件的破坏形态、承载力和荷载-相对轴向变形曲线的模拟结果与试验结果吻合较好。在验证模型有效性的基础上开展影响参数扩展分析,研究截面配钢率ρ_s、截面配筋率ρ_r和截面尺寸(比例因子μ)对轴压承载力的影响,模拟结果表明:试件的轴压承载力随着ρ_s、ρ_r和μ的增大而提高,承载力增幅随着ρ_s、ρ_r的增大而增大,与ρ_s、ρ_r近似呈线性关系,延性也随着ρ_s、ρ_r的增大而增大;在每组对比试件中,实心试件与空心试件相比表现出更好的延性、更高的承载力和剩余承载力;20个实心试件在破坏状态下的柱截面混凝土应力云图呈现出明显的分布规律,在强约束区内,在型钢翼缘内侧与型钢腹板周围应力最大,应力峰值分布区域呈现出明显的十字型,应力值随着与型钢翼缘和腹板距离的增大而逐渐递减,最终在内部八边形区域内的四个角呈现出明显的抛物线;在弱约束区内,纵筋所在位置及周围呈现出较高的应力值。最后,在试验研究及数值模拟的基础上,分析了矩形螺旋箍筋和十字型钢对不同约束区域混凝土的有效侧向压应力,探究了不同约束区域混凝土轴心抗压强度的计算方法,并在已有理论的基础上提出了强约束区混凝土轴心抗压强度的简化计算方法;使用强度叠加法建立PPSRC柱轴压承载力计算公式,并用10个试验值和24个模拟值对公式进行验证,结果显示公式可靠有效。
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