PBL加劲型方钢管混凝土轴压柱受力性能试验研究

第1 章　绪论…………………………………………………………………………………… 1

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

1． 2　钢管混凝土的应用与发展…………………………………………………………… 3

1． 3　钢管混凝土的研究现状……………………………………………………………… 7

1． 4　本书主要研究内容…………………………………………………………………… 14

第2 章　PBL 加劲型方钢管混凝土轴压短柱试验………………………………………… 16

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

2． 2　试验方法……………………………………………………………………………… 16

2． 3　试验结果分析………………………………………………………………………… 24

2． 4　本章小结……………………………………………………………………………… 51

第3 章　PBL 加劲型方钢管混凝土轴压短柱有限元分析………………………………… 52

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

3． 2　材料本构关系………………………………………………………………………… 52

3． 3　单元类型……………………………………………………………………………… 59

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

3． 5　有限元计算结果与试验结果的对比分析…………………………………………… 61

3． 6　本章小结……………………………………………………………………………… 76

第4 章　PBL 加劲型方钢管混凝土轴压短柱设计方法研究……………………………… 78

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

4． 2　承载力计算方法研究………………………………………………………………… 78

4． 3　轴压组合刚度分析…………………………………………………………………… 82

4． 4　不同参数对承载力的影响分析……………………………………………………… 87

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

4． 6　本章小结……………………………………………………………………………… 92

第5 章　PBL 加劲型方钢管混凝土轴压长柱试验研究…………………………………… 94

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

5． 2　试验方法……………………………………………………………………………… 94

5． 3　混凝土质量的超声波检验…………………………………………………………… 97

5． 4　试验结果分析………………………………………………………………………… 99

5． 5　轴压组合柱稳定承载力计算……………………………………………………… 107

5． 6　本章小结…………………………………………………………………………… 109

2

第6 章　PBL 加劲型方钢管混凝土拱桥力学性能研究…………………………………… 110

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

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

6． 3　有限元模型验证…………………………………………………………………… 111

6． 4　PBL 截面形式拱桥力学性能分析………………………………………………… 112

6． 5　结果分析…………………………………………………………………………… 114

6． 6　本章小结…………………………………………………………………………… 118

参考文献……………………………………………………………………………………… 1192100433B

在方钢管混凝土拱桥中增设PBL能够有效提高拱桥的抗弯刚度和极限承载能力，与方钢管混凝土拱桥相比，增设PBL之后含钢率增大约30%，然而承载能力提高约54%，在极限状态下，荷载能够更有效的沿拱肋传递，从而增强了钢与混凝土的共同作用。

以钢管混凝土格构柱轴压、偏压试验研究为主，配合进行钢管混凝土桁梁受弯试验以及空钢管格构柱对比试验，进行钢管混凝土格构柱非线性有限元分析，对其极限承载力进行参数分析和理论分析，提出钢管混凝土格构柱极限承载力的简化计算方法。进行钢管混凝土格构柱柱肢节点处设置内栓钉与否与不同设置的对比试验，研究柱肢节点处的钢管与管内混凝土的传力机理及整体受力的影响，分析内栓钉的作用与合理布置方式。本项目的研究将在于填补

许多建筑物需要进行加固，目前主要依靠工程经验决定加固措施，由于缺乏系统和深入的研究，加固后结构的实际安全度出入较大。通过有限元分析和试验研究外包砼加固的钢筋砼柱，确定其受力性能的一般规律和多种因素的影响，给出其加固的原则和计算方法，为结构的加固设计和加固后结构性能的评估提供必要的依据，具有重要的技术经济意义。 2100433B

方钢管混凝土组合异形柱由于能够包裹在墙体内部，而且抗震性能好，用钢量相比纯钢结构更为节省，因此是一种具有市场价值的柱子结构形式。 本项目在前期针对这种柱子静力性能研究的基础上，进行的主要研究内容如下：（1）完成三榀双层单跨的方钢管混凝土组合异形柱（SCFST）-H型钢梁框架拟静力试验研究，主要考察不同的轴压比和梁柱线刚度比对其力学性能的影响。由试验结果发现，框架具有良好的耗能能力和延性。（2）建立了有接触单元和无接触单元的有限元模型，对比发现，两种模型的应力变化基本同步，但有接触单元的计算所需时间是无接触单元的五倍，使用简化的有限元模型对SCFST框架进行参数化分析，考察其在不同轴压比作用下的力学性能，发现框架都有很好的耗能能力和延性。（3）完成了9根方钢管混凝土组合异形柱的轴压压弯试验和数值模拟，考察了长细比、连接板宽度、连接板厚度和偏心距的参数对轴压稳定承载力的影响，采用数值模型进行了参数分析，得到了长柱轴压和压弯的破坏模态和极限承载力值。（4）依据ANSI/AISC 360-05、GB50936、CECS159和DB29的计算方法分别推导了针对异形柱的计算公式，并提出了基于单肢失稳的叠加承载力计算方法，借助EXCEL编制计算程序，进行结果比对，发现精度良好。（5）建立12层SCFST柱框架-支撑模型，通过静力弹塑性分析法进行了SCFT柱结构体系的抗震性能研究，发现在地震下的的侧向变形分别满足弹性与弹塑性极限要求，SCFST柱模型的抗侧性能要优于相同用钢量的CFT柱模型，屈服机制为：支撑-梁-SCFST柱。（6）以滨海新区保障性住房为例，通过迈达斯数值建模和改变支撑布置位置，增设电梯井剪力墙进行参数化抗震性能分析，发现在地震作用下支撑布置在结构的最外侧对结构最有利，在电梯井处布置方钢管混凝土组合异型柱相较于布置混凝土剪力墙对结构的抗震性能更有利。 通过框架拟静力试验与长柱轴压压弯试验和理论分析，发现方钢管混凝土组合异形柱单肢能够协同受力，异形柱-H型钢梁框架抗震性能良好，提出了精确度较好的简化数值模型和承载力计算公式，并提出了小高层设计方法，通过参数分析，得到了小高层方钢管混凝土组合异形柱结构的最优布置形式，得到了精确度较高的计算公式，并编制了计算程序。 通过本项目研究，为推动方钢管混凝土组合异形柱的应用提供了技术支持。 2100433B