【摘 要】
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在超高层结构、大跨重载结构的需求增多的背景下,钢-混凝土组合柱在工程中的应用越来越多。本文在钢管混凝土叠合柱和型钢混凝土组合柱的基础上提出一种新型组合柱:新型型钢-混凝土组合柱,该组合形式加强了钢管外围混凝土的约束效果并优化了钢管内外混凝土的协调变形,更好的发挥了混凝土的抗压性能,提高了组合柱的承载力和变形能力。本文对该类型组合柱的轴压性能进行了试验研究、数值模拟和理论分析,主要研究内容及结论如下
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51608434);
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在超高层结构、大跨重载结构的需求增多的背景下,钢-混凝土组合柱在工程中的应用越来越多。本文在钢管混凝土叠合柱和型钢混凝土组合柱的基础上提出一种新型组合柱:新型型钢-混凝土组合柱,该组合形式加强了钢管外围混凝土的约束效果并优化了钢管内外混凝土的协调变形,更好的发挥了混凝土的抗压性能,提高了组合柱的承载力和变形能力。本文对该类型组合柱的轴压性能进行了试验研究、数值模拟和理论分析,主要研究内容及结论如下:(1)开展新型型钢-混凝土组合柱轴压试验研究。分析了翼缘宽度、翼缘厚度、腹板高度、不同截面形式、体积配箍率等参数对组合柱轴压力学性能的影响;研究表明,不同截面类型组合柱的最终破坏状态类似,承载力下降是由箍筋外围保护层混凝土剥落导致;此外,在峰值荷载之后,新型型钢-混凝土组合柱中核心圆钢管混凝土的优越性充分发挥,改善了组合柱的延性性能。(2)针对新型型钢-混凝土组合柱进行数值模拟分析。采用ABAQUS软件对已有试验进行数值模拟,在验证模型正确的基础上进一步分析更多参数包括组合柱的材料属性(混凝土强度、钢材强度)和几何参数(型钢尺寸、钢管径厚比、腹板开洞大小和开洞形式)等对组合柱轴压性能的影响。研究表明,钢管外围混凝土强度对组合柱的强度系数、延性系数和峰值荷载影响较大,钢管径厚比增大能改善组合柱的延性,并提高组合柱的残余承载力;腹板开洞对组合柱轴压性能影响较小,组合柱的峰值荷载根据腹板开洞形式由大到小依次为圆形、菱形、矩形。(3)建立新型型钢-混凝土组合柱轴压承载力计算方法。同时考虑箍筋、型钢翼缘和钢管对混凝土的约束作用,基于双剪统一强度理论和受力机理建立新型型钢-混凝土组合柱轴压承载力计算方法;计算结果与试验数据和模拟结果对比分析,结果表明,建立的轴压承载力计算方法可较好的预测新型型钢-混凝土组合柱的承载力。
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