【摘 要】
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与圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱相比,矩形钢管混凝土柱中钢管对于核心混凝土的约束作用不足,钢管易局部屈曲,承载力及延性相对较差,制约了矩形钢管混凝土柱的实际应用。针对上述问题,本文提出了一种矩形钢管混凝土柱的改进截面形式--内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土柱,通过内配椭圆箍筋有效约束了核心混凝土,提升了矩形钢管混凝土柱的承载力及延性。为给该类柱的实际应用提供理论支撑和科学依据,本文主要开展了如下工作:1
【基金项目】
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广东省现代土木工程技术重点实验室（2021B1212040003）
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与圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱相比,矩形钢管混凝土柱中钢管对于核心混凝土的约束作用不足,钢管易局部屈曲,承载力及延性相对较差,制约了矩形钢管混凝土柱的实际应用。针对上述问题,本文提出了一种矩形钢管混凝土柱的改进截面形式--内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土柱,通过内配椭圆箍筋有效约束了核心混凝土,提升了矩形钢管混凝土柱的承载力及延性。为给该类柱的实际应用提供理论支撑和科学依据,本文主要开展了如下工作:1.开展了8根内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱、1根内配菱形箍筋矩形钢管混凝土短柱、1根内配矩形箍筋矩形钢管混凝土短柱、5根普通矩形钢管混凝土短柱的轴压性能试验,考察了箍筋间距、箍筋截面直径、钢管壁厚、截面长宽比、钢管强度等级、箍筋形式等因素对短柱轴压性能的影响。研究表明:（1）在总用钢量相同时,与普通矩形钢管混凝土短柱相比,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力有所提升,延性显著提升;（2）减小箍筋间距或增大箍筋截面直径,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力有所提升,且减小箍筋间距的效果更佳;（3）矩形钢管截面长宽比越大,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性均有所减小;（4）内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力大于内配菱形箍筋矩形钢管混凝土短柱及内配矩形箍筋的矩形钢管混凝土短柱,结合用钢量分析可知内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的效益优于内配菱形箍筋及内配矩形箍筋。2.开展了6根内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱和3根普通矩形钢管混凝土短柱的偏压性能试验,考察了箍筋间距、箍筋截面直径、偏心距等因素对柱偏压性能的影响。研究表明:（1）在偏心距较小时,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力大于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;在偏心距较大时,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力小于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;（2）在不同的偏心距下,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的延性均显著优于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;（3）随着椭圆箍筋间距的减小,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱偏压承载力和延性均有所提升;（4）增大椭圆箍筋截面直径对提升矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力的效果一般,但能显著提升试件的延性。3.基于有限元分析软件ABAQUS,建立了内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压及偏压试件的三维有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好,在此基础上进行参数分析,分析了各影响因素对内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压和偏压力学性能影响。基于试验及参数分析结果,提出了内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压承载力及偏压承载力的计算公式,该计算公式总体上具有较好精度,可满足实际工程的设计要求。
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