方钢管螺旋筋混凝土柱偏压性能试验研究

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方钢管混凝土构件是钢-混凝土组合结构的基本构件之一,其兼具钢结构和钢筋混凝土结构的特性,具有承载力高,节点构造相对简单、连接方便、抗弯性能好等优点,在工程实践中得到了广泛的应用。然而,方钢管对核心混凝土的约束作用主要集中在截面的四角和核心部位,因而约束效果不如圆钢管。为了解决方钢管混凝土构件中方钢管对核心混凝土约束不均匀的问题,本文提出在方钢管混凝土构件中加配螺旋筋形成方钢管螺旋筋混凝土柱,设计并完成了17个方钢管螺旋筋混凝土柱及1个方钢管混凝土柱的偏压静载试验,以期通过增强方钢管对核心混凝土的约束作用,来提高其承载力、改善其变形性能。本文采用试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,研究了方钢管螺旋筋混凝土柱的偏压力学性能,在试验研究的基础上提出方钢管螺旋筋混凝土柱偏压承载力计算方法,具体工作和主要结论有:1.以螺旋筋沿柱纵轴线的间距、螺旋筋外直径与方钢管边长比(位置系数)、高宽比、偏心率、纵筋配筋率及钢管壁厚为变化参数,完成了17根方钢管螺旋筋混凝土柱及1根方钢管混凝土对比柱的单调偏心受压静载试验。观察了试件的破坏形态,获取了荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及其特征点参数,分析了各参数对试件的破坏机理、承载能力、延性性能等的影响。2.利用纤维模型法编制了方钢管螺旋筋混凝土柱偏压承载力计算的非线性分析程序,并对其偏压受力全过程进行数值模拟;在数值计算分析的基础上提出方钢管螺旋筋混凝土柱偏压极限承载力计算方法。两种方法所得结果与试验结果均吻合较好,表明文中提出的两种承载力计算方法可靠。3.基于数值法,采用9因素4水平32组正交数值试验对试验设计参数进行拓展分析,结合极差分析和方差分析,确定各影响参数对方钢管螺旋筋混凝土柱偏压性能影响的主次关系和影响水平;并以单位用钢量的承载力为评价指标,分析方钢管和螺旋筋对承载力的贡献,提出方钢管螺旋筋混凝土偏压柱参数合理取值。
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