圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能及恢复力模型研究

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为有效缓解我国建筑资源紧张,具有绿色环保属性的再生混凝土已成为学术前沿热点之一。但再生混凝土材料的强度、变形能力、耐久性等基本力学指标皆弱于普通混凝土材料,这一问题很大程度限制了再生混凝土材料的工程应用。为了实现建筑废料循环利用,缓解资源紧张,本文将再生混凝土应用于组合结构中,展开了关于圆钢管型钢再生混凝土组合柱的研究。该类构件克服了钢管混凝土易屈曲破坏及型钢混凝土施工困难的问题,还使得外包圆钢管对核心再生混凝土和型材具有良好环箍限制效果,进而让该类构件具备了良好的地震抵抗能力和工程应用前景。本文首先设计了 1 1根圆钢管型钢再生混凝土组合柱,分别进行了低周反复荷载试验,获得了滞回曲线及骨架曲线。由于目前的有限元分析方法存在局限性,考虑到OpenSees具有易收敛、精度高且适用性高的特点,故利用OpenSees建立了组合柱的有限元模型,对纤维划分、单元选取、材料本构及求解过程进行了详细介绍,将得到的计算曲线与试验曲线进行了对比验证,发现计算相对误差小于10%,满足精度要求。在此基础之上,对组合柱滞回性能进行了一系列参数拓展分析,结果表明:再生混凝土强度、再生粗骨料取代率及型钢强度对组合柱滞回性能的影响相对较小,但滞回性能随着轴压比的增大呈现先增后减的规律,该种现象的轴压比分界值为0.4;滞回性能受径厚比、圆钢管强度、配钢率及型钢截面形式影响显著,其中箱型钢为该类构件的优选型钢截面形式,圆钢管强度的增大还会使延性降低;滞回性能受剪跨比影响同样显著,随着剪跨比逐级降低,模型承载力提高的同时延性降低,且该种趋势的变化幅度随着剪跨比降低会更加显著,模型破坏模式朝向脆性剪切型破坏发展,本文建议该类构件的设计剪跨比宜大于2.50。此外,评价圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能的指标体系尚未完善,故有必要提出适用于该类构件的恢复力模型。本文基于三段线模型,采用理论推导与数据拟合方法建立了骨架曲线计算模型,对模型的屈服点、峰值点及极限点求解过程进行了详细介绍。最后,根据骨架曲线模型及试验滞回曲线,进一步建立了恢复力模型,包括加卸载规则及滞回规则,该模型能很好地反映特征点及滞回性能,研究结论可为该类构件后续研究提供参考。
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