成束筒约束混凝土方柱轴心受力性能研究

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为了提升钢筋混凝土柱的承载能力(包括残余承载力)与延性,本文研究了一种新型箍筋配置形式,即成束筒箍筋约束模式。它是由螺旋箍筋和矩形箍筋组成,共同形成约束体系,对内部混凝土和纵向钢筋(配有纵筋时)提供有效的侧向约束。  本文通过12个混凝土方柱的轴心受压试验研究,论证了成束筒箍筋布置形式约束混凝土方柱的优越性,分析得到了螺旋箍筋约束混凝土形成束筒、矩形箍筋拉结支撑束筒承受轴向荷载的受力机理,并阐述其特有的破坏特征;探讨了束筒布置形式、螺旋箍筋间距、螺旋箍筋、矩形箍筋和混凝土强度等级对成束筒约束混凝土方柱受压性能的影响,最后提出成束筒约束混凝土方柱轴心受压作用下峰值承载力计算公式及其应力-应变关系计算模型。  此外,本文运用ABAQUS进一步验证了所提出的成束筒约束混凝土方柱承载力计算方法的合理性。通过建立多组有限元分析模型对各参数进行补充分析,弥补了试验研究的不足,得到影响成束筒约束混凝土方柱轴心受压性能的几个主要因素(依次为束筒布置形式、螺旋箍筋间距、束筒长细比、束筒配箍特征值和混凝土强度),并对箍筋配置形式进行了优化分析,给出了成束简约束混凝土方柱箍筋参数确定方法和建议值,为类似工程设计和研究提供参考。  成束筒约束混凝土方柱箍筋配置参数方法和建议值如下:优先选用A型束筒布置形式,根据束筒长细比确定矩形箍筋间距,根据螺旋箍筋间距和束筒配箍特征值确定螺旋箍筋直径,矩形箍筋直径按As=k·fcAcor/fy计算。其中,束筒长细比建议取2~3,螺旋箍筋净间距取2倍粗骨料粒径(或40mm),束筒螺旋箍筋配箍特征值取0.2~0.4,矩形箍筋间距不应大于300且矩形箍筋配箍特征值不应小于0.15。
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