压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱抗震性能研究

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目前国内外对压弯剪扭复合受力型钢混凝土构件的性能和设计方法研究基本上尚属空白,为了研究压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的抗震性能,本文开发了一套复合受力加载装置,完成了9个承受压力、弯矩、剪力和扭矩复合荷载作用的型钢混凝土柱拟静力试验,试验主要考虑了栓钉位置、栓钉间距和栓钉长度三个变化参数,揭示了压弯剪扭复合受力下焊接栓钉型钢混凝土柱的破坏过程和破坏形态,分析了各变化参数对滞回特性、骨架曲线、承载能力、刚度退化、延性、耗能和损伤演变等力学性能的影响,建立了压弯剪扭复合受力型钢混凝土构件的强度统一方程,并考虑压弯剪扭的强度相关性,提出了压弯剪扭复合受力型钢混凝土构件的抗扭承载力计算方法,探讨了采用拟合的方法建立压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土构件扭矩承载力计算公式的可行性。研究结果表明:(1)试件均发生弯扭型破坏,破坏时试件正面和侧面斜裂缝贯通连接,正面斜裂缝交叉呈“X”形状,侧面混凝土保护层压碎且脱落严重。(2)试件滞回曲线形状类似,弯矩-位移滞回曲线基本上呈较为饱满的梭形状,扭矩-扭转角滞回曲线基本上呈反S形状或Z形状,滞回曲线不饱满,压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱仍具有较好的抗震性能。(3)从抗弯角度来看,翼缘焊接栓钉试件的耗能能力较强,延性最好,翼缘焊接栓钉能改善构件的抗震性能;从抗扭角度来看,压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的延性好于无栓钉型钢混凝土柱,且栓钉间距减小,延性变好。(4)焊接栓钉对压弯剪扭复合受力型钢混凝土柱的弯矩承载力影响极小;焊接栓钉对压弯剪扭复合受力型钢混凝土柱的扭矩承载力略有影响,焊接栓钉后试件的扭矩承载力下降约9.66%,故压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的抗弯和抗扭承载力可近似按普通无栓钉型钢混凝土柱计算。(5)基于压弯剪扭复合受力钢筋混凝土构件的强度统一方程,采用等效和简化的方法建立了压弯剪扭复合受力型钢混凝土构件的强度统一方程。考虑压弯剪扭的强度相关性,提出了压弯剪扭复合受力型钢混凝土构件的抗扭承载力计算方法,受扭承载力计算值与试验值吻合较好。另外,考虑栓钉对扭矩承载力的影响,采用拟合的方法建立压弯剪扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土构件扭矩承载力的计算公式是可行的。
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