圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究

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在传统的钢筋混凝土结构中,混凝土柱的横向约束由箍筋提供,但箍筋不能约束混凝土柱的保护层,从而导致保护层在地震荷载作用下的严重剥落;在保护层脱落后,箍筋并不能有效的防止纵筋失稳。大量的研究结果表明,相对于普通强度的混凝土,高强混凝土的延性较差。在高轴压比条件下,高强混凝土需要配置大量的箍筋;而过高的体积配箍率在工程实践中非常困难。将高强混凝土置于钢管中形成钢管高强混凝土是一个有效的解决方法。钢管混凝土的延性优于钢筋混凝土;然而钢管混凝土用钢量高且钢管混凝土中的钢管处于双向应力状态。在钢管混凝土构件的受力过程中,只有当核心混凝土的横向应变系数超过钢材的泊松比时,钢管才能够对核心混凝土产生约束效应,这将降低钢管的约束效应;而且当钢管的宽厚比较大时,钢管将会发生局部屈曲现象,导致构件的延性降低。已有的试验结果表明,对于圆钢管混凝土构件,当钢管不承担纵向荷载时,其轴压承载力比钢管和混凝土共同受力的承载力高。因此本文建议在工程实践中钢管不承担纵向荷载,只是对核心混凝土提供约束作用,这就是钢管约束混凝土。  在钢管约束混凝土构件中,钢管不承担纵向荷载,避免了钢管的局部屈曲现象,有效的提高了钢管对核心混凝土的约束作用,充分利用了材料的强度。同时,外包钢管的存在,提高了核心混凝土的强度和延性,避免了混凝土柱的保护层脱落和纵筋失稳,从而有效的提高了钢筋混凝土柱的承载力和延性。  本文共进行了四个圆钢管约束钢筋混凝土柱和一个圆形钢筋混凝土柱对比试件在恒定轴力和往复水平荷载作用下的试验研究,试验中的主要变化参数为轴压比和混凝土强度。试件的钢管径厚比为86,轴压比取0.33、0.6和0.8三种,混凝土强度取C30和C60两种。试验研究结果如下:  1.相对于普通钢筋混凝土构件,钢管约束钢筋混凝土构件的承载力、延性和耗能能力得到了非常显著的提高;  2.本文试验所采用径厚比的钢管能够有效的约束普通强度混凝土或高强混凝土,显著提高钢筋混凝土柱的承载力和延性;  3.随轴压比的提高,钢管对核心混凝土的约束应力增加;  4.随轴压比的提高,钢管约束钢筋混凝土构件的抗弯承载力提高,耗能性能下降;但轴压比对构件延性的影响不明显;  5.随混凝土强度的提高,钢管约束钢筋混凝土构件的抗弯承载力和延性提高,但耗能能力稍有下降。  本文利用纤维模型方法计算了圆钢管约束钢筋混凝土的荷载-位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好。
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