斜拉肋加劲薄壁方CFST短柱抗剪性能研究

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钢管混凝土(CFST)柱因其承载力较高、具有良好的塑性和韧性、抗震性能比较优越、抗火性能较好和经济效益显著,是超高层结构和大型重载结构常用的竖向承重柱形式。方CFST柱与圆CFST柱相比,其截面相对开展,具有抗弯刚度更大、抗弯承载力更高、节点构造更简单、施工更加方便、更便于建筑空间和防火板材布置等优势,因此其在实际工程中有着更广泛的应用。而由于方形截面CFST柱的板件屈曲问题极其突出,设计时有严格的宽厚比限值,这在一定程度上削弱了其自身的优势。针对上述不足,论文提出一种斜拉开孔钢板加劲方CFST柱,在可有效改善板件局部屈曲性能的同时,还能提高构件的承载力与延性。一般情况下,对于CFST柱,由于钢管内部的混凝土能增加其抗弯刚度,并提高整体承载能力,使得CFST柱在设计时能够一定程度上减小柱截面的尺寸,增大其剪跨比。因此,一般建筑工程中的CFST框架柱,其承载能力主要取决于轴压状态或压弯状态下的极限承载力大小,需要考虑横向抗剪的情况较少。然而随着工程实践的发展,发现在某些情况下,例如CFST柱之间设有斜撑的节点处,大跨重载梁的梁柱节点区等,可能出现会影响设计的CFST柱小剪跨抗剪问题。同时,短柱也常见于框筒结构中,而框筒结构的特点是采用深梁和短柱。即使在框架结构中,由于非结构构件的约束,柱子的剪跨比也可能会变得很小。因此,对方CFST短柱抗剪性能的研究是一项很有必要的工作。针对目前CFST柱抗剪性能研究中的薄弱环节,本文进行的主要工作内容及成果如下所示:(1)进行了4个斜拉肋加劲薄壁方CFST短柱抗剪性能的低周往复荷载试验,以轴压比、截面宽厚比以及斜拉肋的有无为主要考察参数,得到了各试件的滞回曲线、剪力-剪切角曲线、破坏形态以及应变发展等试验数据。结果表明,剪跨比为1的方CFST短柱在低周往复荷载作用下发生了剪切破坏,且带斜拉肋试件具有更良好的抗震性能与抗剪性能。(2)利用大型有限元软件ABAQUS建立了斜拉肋加劲薄壁方CFST短柱试件的有限元模型,并进行了必要的参数分析,研究了剪跨比、轴压比、钢材强度、混凝土强度、外钢管厚度、斜拉肋厚度、斜拉肋的有无以及斜拉肋孔径等参数对短柱试件抗剪性能与破坏模式的影响。(3)归纳总结了已有的方CFST柱受剪承载力公式,以试验数据验证了其准确程度;在试验结果及有限元分析的基础上,根据试件的破坏现象及破坏模式,分析了方CFST柱的受剪机理,并对力学计算模型和受剪承载力计算公式进行了改进。
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