单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压承载力研究

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型钢混凝土柱为满足建筑外立面平齐的建筑要求,结构设计多采用梁柱平齐的节点构造,导致梁柱中心线存在偏心距,为满足型钢混凝土梁的偏心设置,型钢混凝土柱中型钢非对称配置。目前,国内外对非对称配型钢的组合柱研究较少,现有研究主要集中在配T形和L形型钢混凝土组合柱,而对于配置单轴对称十字型钢混凝土柱研究还未涉及。本文结合试验、有限元以及理论分析,对单轴对称十字型钢混凝土中长柱的偏压性能和承载力计算方法进行研究。本文主要进行的内容和成果为:完成了8根单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压试验,主要试验参数为十字型钢偏心率和荷载偏心率,研究其对该组合柱偏压性能的影响。试验结果表明:荷载偏心率为0.2的试件发生小偏心破坏,荷载偏心率为1.0的试件发生大偏压破坏;试件跨中截面混凝土和型钢应变基本符合平截面假定;在试验参数变化范围内,正向偏心时,十字型钢偏心率增大,试件极限承载力和变形能力小幅降低;负向偏心时,十字型钢偏心率对发生小偏心受压破坏的试件偏压性能影响不大,发生大偏心受压破坏的试件极限承载力随十字型钢偏心率增加略有改善;荷载偏心率增大,试件初始刚度和极限承载力降低。在试验的基础上建立了ABAQUS有限元模型,根据箍筋和型钢对混凝土的约束作用的强弱对单轴对称十字型钢混凝土中长柱截面混凝土进行约束区域划分。将模拟结果与试验结果做对比,验证了模型建立的合理性。在此基础上进行有限元变参,得到了混凝土强度、含钢量、箍筋间距和长细比对单轴对称十字型钢混凝土中长柱荷载-侧向挠度曲线,并分析了对偏压承载力的影响。采用极限平衡法,以平截面假定为基础同时考虑了二阶效应,建立既能保持现有规范形式,又能考虑十字型钢偏心的组合柱正截面受压承载力计算方法。将单轴对称十字型钢偏于安全的换算成H型钢,采用规范JGJ138-2016计算换算截面试件偏压承载力,计算结果较试验结果偏于保守,采用本文提出的方法计算的试件偏压承载力与试验值吻合较好,可用供于该类组合柱的工程设计应用。
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