导　　师： 蔡健

学科专业： H1402

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 相对于圆形截面钢管混凝土而言,异形(方、矩、L、T及十形)钢管混凝土柱具有节点构造简单,易于符合建筑平面要求,截面相对开展而惯性矩大等优点,因此,异形截面钢管混凝土柱在工程上有较大的应用前景。然而,对于异形截面钢管混凝土柱,其钢管中部在核心混凝土的横向压力下容易发生局部屈曲变形,使钢管对核心混凝土的约束作用在角部较大、侧边中部较小,其力学性能比圆形截面钢管混凝土差。另一方面,异形截面钢管截面的长边对核心混凝土的约束作用弱于短边。为了改善异形截面钢管混凝土柱构件的力学性能,在异形截面钢管混凝土柱中沿纵向每隔一定间距的横截面上设置横向水平约束拉杆(钢筋),一方面能限制该部位核心混凝土的横向变形,另一方面能为钢管提供侧向支撑作用而使钢板的局部屈曲强度提高。基于上述分析,本论文中对带约束拉杆异形(L形、T形和十形)钢管混凝土短柱的轴压和偏压力学性能进行研究,具体包括以下几方面的主要内容：(1)以约束拉杆水平及竖向间距,拉杆直径,钢板厚度,钢材屈服强度,截面尺寸为参数,分别对带约束拉杆T形(11根带拉杆,5根无拉杆)、十形(11根带拉杆,5根无拉杆)截面钢管混凝土短柱的轴压力学性能进行试验研究。分析了各参数对试件的破坏形态、承载力及延性等力学性能的影响。(2)对已有的带约束拉杆L形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系进行改进,使该本构模型同时适用于带与不带约束拉杆L形截面钢管混凝土柱的轴压承载力计算。利用带约束拉杆T形、十形截面钢管混凝土短柱的轴压试验结果,借鉴约束混凝土本构模型,根据其钢管及拉杆对核心混凝土的约束机理,提出带约束拉杆T形、十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系。采用该本构关系对试验的带约束拉杆T形、十形截面钢管混凝土短柱轴压构件的荷载—变形关系曲线进行全过程分析,并与试验曲线进行了比较,结果表明两者吻合良好。(3)利用现有规程关于矩形截面钢管混凝土柱轴压承载力的计算公式对带约束拉杆L形、T形及十形截面钢管混凝土柱的轴压承载力进行计算,并与试验结果进行了比较,结果表明采用现有规程计算公式对该类型构件的轴压承载力进行计算的结果离散性较大。采用带约束拉杆T形、十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系、改进的带约束拉杆L形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,对相应截面的钢管混凝土短柱轴压承载力进行参数分析,基于参数分析结果的回归分析后,提出了相应截面的钢管混凝土短柱轴压承载力简化计算公式,并与试验结果进行了比较,结果表明两者吻合良好。(4)以拉杆约束系数(拉杆水平间距及其直径),荷载偏心率以及荷载角为参数,对带约束拉杆L形(8根带拉杆,1根无拉杆)截面钢管混凝土短柱的偏压力学性能进行试验研究。以拉杆约束系数(拉杆水平及竖向间距),荷载偏心率以及荷载角为参数,分别对带约束拉杆T形(16根带拉杆,11根无拉杆)、十形(8根带拉杆,5根无拉杆)截面钢管混凝土短柱的偏压力学性能进行试验研究。分析各参数对试件的破坏形态、承载力及延性等力学性能的影响。(5)采用带约束拉杆L形、T形、十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,自编制了维模型分析程序,对相应截面钢管混凝土短柱试件的偏压承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。对不同参数下相应截面构件的偏压承载力进行分析,并在进行大量参数计算的基础上,提出了相应截面钢管混凝土短柱在特殊荷载角下的纯弯、偏压承载力计算公式,以及Mx/Mx’-My/MY相关曲线的简化数值表达式,简化公式与数值计算的结果吻合良好。(6)在已有有关约束拉杆矩形截面钢管混凝土轴压短柱的钢管局部屈曲性能研究成果的基础上,对带约束拉杆T形、十形截面钢管混凝土轴压短柱的钢管局部屈曲性能进行分析,得到相应截面钢管混凝土柱的拉杆间距合理设置值与钢板宽厚比限值。

关 键 词： 异形截面钢管混凝土 约束拉杆 短柱 轴压 偏压 本构关系 承载力 局部屈曲

分 类 号： [TU398.9]

领　　域： [建筑科学]