PBL加勁型方鋼管混凝土軸壓柱受力性能試驗(yàn)研究

第1 章　緒論…………………………………………………………………………………… 1

1． 1　研究背景及意義……………………………………………………………………… 1

1． 2　鋼管混凝土的應(yīng)用與發(fā)展…………………………………………………………… 3

1． 3　鋼管混凝土的研究現(xiàn)狀……………………………………………………………… 7

1． 4　本書主要研究內(nèi)容…………………………………………………………………… 14

第2 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱試驗(yàn)………………………………………… 16

2． 1　概述…………………………………………………………………………………… 16

2． 2　試驗(yàn)方法……………………………………………………………………………… 16

2． 3　試驗(yàn)結(jié)果分析………………………………………………………………………… 24

2． 4　本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 51

第3 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析………………………………… 52

3． 1　概述…………………………………………………………………………………… 52

3． 2　材料本構(gòu)關(guān)系………………………………………………………………………… 52

3． 3　單元類型……………………………………………………………………………… 59

3． 4　有限元模型的建立…………………………………………………………………… 60

3． 5　有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比分析…………………………………………… 61

3． 6　本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 76

第4 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱設(shè)計(jì)方法研究……………………………… 78

4． 1　概述…………………………………………………………………………………… 78

4． 2　承載力計(jì)算方法研究………………………………………………………………… 78

4． 3　軸壓組合剛度分析…………………………………………………………………… 82

4． 4　不同參數(shù)對承載力的影響分析……………………………………………………… 87

4． 5　不同受力模式分析…………………………………………………………………… 91

4． 6　本章小結(jié)……………………………………………………………………………… 92

第5 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土軸壓長柱試驗(yàn)研究…………………………………… 94

5． 1　概述…………………………………………………………………………………… 94

5． 2　試驗(yàn)方法……………………………………………………………………………… 94

5． 3　混凝土質(zhì)量的超聲波檢驗(yàn)…………………………………………………………… 97

5． 4　試驗(yàn)結(jié)果分析………………………………………………………………………… 99

5． 5　軸壓組合柱穩(wěn)定承載力計(jì)算……………………………………………………… 107

5． 6　本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 109

2

第6 章　PBL 加勁型方鋼管混凝土拱橋力學(xué)性能研究…………………………………… 110

6． 1　概述………………………………………………………………………………… 110

6． 2　工程背景…………………………………………………………………………… 110

6． 3　有限元模型驗(yàn)證…………………………………………………………………… 111

6． 4　PBL 截面形式拱橋力學(xué)性能分析………………………………………………… 112

6． 5　結(jié)果分析…………………………………………………………………………… 114

6． 6　本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 118

參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 1192100433B

在方鋼管混凝土拱橋中增設(shè)PBL能夠有效提高拱橋的抗彎剛度和極限承載能力，與方鋼管混凝土拱橋相比，增設(shè)PBL之后含鋼率增大約30%，然而承載能力提高約54%，在極限狀態(tài)下，荷載能夠更有效的沿拱肋傳遞，從而增強(qiáng)了鋼與混凝土的共同作用。

以鋼管混凝土格構(gòu)柱軸壓、偏壓試驗(yàn)研究為主，配合進(jìn)行鋼管混凝土桁梁受彎試驗(yàn)以及空鋼管格構(gòu)柱對比試驗(yàn)，進(jìn)行鋼管混凝土格構(gòu)柱非線性有限元分析，對其極限承載力進(jìn)行參數(shù)分析和理論分析，提出鋼管混凝土格構(gòu)柱極限承載力的簡化計(jì)算方法。進(jìn)行鋼管混凝土格構(gòu)柱柱肢節(jié)點(diǎn)處設(shè)置內(nèi)栓釘與否與不同設(shè)置的對比試驗(yàn)，研究柱肢節(jié)點(diǎn)處的鋼管與管內(nèi)混凝土的傳力機(jī)理及整體受力的影響，分析內(nèi)栓釘?shù)淖饔门c合理布置方式。本項(xiàng)目的研究將在于填補(bǔ)

許多建筑物需要進(jìn)行加固，目前主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)決定加固措施，由于缺乏系統(tǒng)和深入的研究，加固后結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全度出入較大。通過有限元分析和試驗(yàn)研究外包砼加固的鋼筋砼柱，確定其受力性能的一般規(guī)律和多種因素的影響，給出其加固的原則和計(jì)算方法，為結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)和加固后結(jié)構(gòu)性能的評估提供必要的依據(jù)，具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。 2100433B

方鋼管混凝土組合異形柱由于能夠包裹在墻體內(nèi)部，而且抗震性能好，用鋼量相比純鋼結(jié)構(gòu)更為節(jié)省，因此是一種具有市場價(jià)值的柱子結(jié)構(gòu)形式。 本項(xiàng)目在前期針對這種柱子靜力性能研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的主要研究內(nèi)容如下：（1）完成三榀雙層單跨的方鋼管混凝土組合異形柱（SCFST）-H型鋼梁框架擬靜力試驗(yàn)研究，主要考察不同的軸壓比和梁柱線剛度比對其力學(xué)性能的影響。由試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，框架具有良好的耗能能力和延性。（2）建立了有接觸單元和無接觸單元的有限元模型，對比發(fā)現(xiàn)，兩種模型的應(yīng)力變化基本同步，但有接觸單元的計(jì)算所需時(shí)間是無接觸單元的五倍，使用簡化的有限元模型對SCFST框架進(jìn)行參數(shù)化分析，考察其在不同軸壓比作用下的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)框架都有很好的耗能能力和延性。（3）完成了9根方鋼管混凝土組合異形柱的軸壓壓彎試驗(yàn)和數(shù)值模擬，考察了長細(xì)比、連接板寬度、連接板厚度和偏心距的參數(shù)對軸壓穩(wěn)定承載力的影響，采用數(shù)值模型進(jìn)行了參數(shù)分析，得到了長柱軸壓和壓彎的破壞模態(tài)和極限承載力值。（4）依據(jù)ANSI/AISC 360-05、GB50936、CECS159和DB29的計(jì)算方法分別推導(dǎo)了針對異形柱的計(jì)算公式，并提出了基于單肢失穩(wěn)的疊加承載力計(jì)算方法，借助EXCEL編制計(jì)算程序，進(jìn)行結(jié)果比對，發(fā)現(xiàn)精度良好。（5）建立12層SCFST柱框架-支撐模型，通過靜力彈塑性分析法進(jìn)行了SCFT柱結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究，發(fā)現(xiàn)在地震下的的側(cè)向變形分別滿足彈性與彈塑性極限要求，SCFST柱模型的抗側(cè)性能要優(yōu)于相同用鋼量的CFT柱模型，屈服機(jī)制為：支撐-梁-SCFST柱。（6）以濱海新區(qū)保障性住房為例，通過邁達(dá)斯數(shù)值建模和改變支撐布置位置，增設(shè)電梯井剪力墻進(jìn)行參數(shù)化抗震性能分析，發(fā)現(xiàn)在地震作用下支撐布置在結(jié)構(gòu)的最外側(cè)對結(jié)構(gòu)最有利，在電梯井處布置方鋼管混凝土組合異型柱相較于布置混凝土剪力墻對結(jié)構(gòu)的抗震性能更有利。 通過框架擬靜力試驗(yàn)與長柱軸壓壓彎試驗(yàn)和理論分析，發(fā)現(xiàn)方鋼管混凝土組合異形柱單肢能夠協(xié)同受力，異形柱-H型鋼梁框架抗震性能良好，提出了精確度較好的簡化數(shù)值模型和承載力計(jì)算公式，并提出了小高層設(shè)計(jì)方法，通過參數(shù)分析，得到了小高層方鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布置形式，得到了精確度較高的計(jì)算公式，并編制了計(jì)算程序。 通過本項(xiàng)目研究，為推動方鋼管混凝土組合異形柱的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。 2100433B