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钢管约束钢筋混凝土柱和钢管约束型钢混凝土柱具有承载能力高、抗震性能好、节点构造简单等优势,近年来受到学术与工程领域的广泛关注。目前,针对钢管约束混凝土结构的研究尚处于起步阶段,无系统的设计理论,应用中也无相关规范或规程可参考。在此背景下,本文对圆、方钢管约束钢筋混凝土柱和钢管约束型钢混凝土柱的偏压性能和承载能力进行研究,具体内容包括: (1)采用合理的混凝土横向膨胀模型,建立了轴心受压圆、方钢管约束混凝土构件的钢管特征截面应力计算模型,分析了峰值荷载对应的钢管应力状态沿构件高度的分布规律;在此基础上,提出约束机理明确的钢管等效约束应力计算公式。通过整理及分析国内外较大径/宽厚比钢管约束混凝土轴压短柱试验数据,提出基于钢管等效约束应力的约束混凝土单向受压应力-应变关系模型。基于应变能等效原理,分析了钢管约束混凝土极限压应变随约束应力和混凝土强度的变化规律。建议在合理的钢管径/宽厚比范围内,忽略钢管纵向应力的影响,仅考虑钢管侧向约束效应对构件轴压承载力的提高作用。 (2)完成12个圆钢管约束钢筋混凝土偏压短柱的试验研究,主要参数为钢管径厚比和荷载偏心率;通过试验对构件的破坏模式、承载能力、变形性能和钢管应力等方面进行了分析。建立了基于等效约束应力的圆、方钢管约束钢筋混凝土偏压短柱数值分析模型和分段式截面承载力理论计算方法,计算结果与本文及以往试验结果吻合较好。基于提出的约束混凝土本构模型,将截面承载力分析中混凝土压应力分布等效为矩形分布,并分别建议了圆、方钢管约束混凝土等效矩形应力系数的计算公式;以此为基础,提出了偏压构件截面承载力简化计算方法。建立了以荷载偏心率为变化参数的圆、方钢管约束钢筋混凝土截面偏压承载力简化验算公式,进一步简化截面承载力的计算。 (3)完成6个圆钢管约束高强钢筋(HRB500级)混凝土(C80)偏压长柱的试验研究,主要参数为荷载偏心率和构件长径比。通过试验实测了各构件的挠曲变形曲线、荷载-跨中横向位移曲线和荷载-钢管应变曲线等,并对构件的破坏模式及受力机理进行分析。建立了圆、方钢管约束钢筋混凝土偏压长柱有限元(FE)分析模型,并与本文及以往试验结果进行对比验证。基于有限元分析,建立了弯矩增大系数和偏心距调节系数的计算公式,进而得到了考虑构件二阶效应的承载力计算方法。 (4)完成11个圆钢管约束型钢高强混凝土(C80)偏压短柱的试验研究,主要参数为钢管径厚比和荷载偏心率;通过试验对构件的破坏模式、承载能力、变形性能和钢管应力等方面进行了分析。建立了圆、方钢管约束型钢混凝土偏压短柱的数值分析模型,模型计算结果与本文及以往试验结果吻合较好。基于截面承载力理论计算方法,对承载力相关曲线进行了参数分析。通过对型钢截面承载力进行分段线性简化,并采用与钢管约束钢筋混凝土构件相同的混凝土等效矩形应力系数,建立了钢管约束型钢混凝土偏压构件截面承载力简化计算公式。通过分析钢管约束型钢混凝土截面偏压承载力随荷载偏心率的变化规律,提出了与钢管约束钢筋混凝土构件形式相同的承载力简化验算公式。 (5)完成6个圆钢管约束型钢高强混凝土(C80)偏压长柱的试验研究,主要参数为荷载偏心率和构件长径比,基于试验结果对构件的破坏模式及受力机理进行分析。建立了圆、方钢管约束型钢混凝土长柱的有限元模型,并与本文及以往试验结果进行对比验证。基于有限元模型,对弯矩增大系数和偏心距调节系数进行参数分析,并给出相应的计算公式,进而建立了考虑构件二阶效应的承载力计算方法。