新型带肋中空薄壁方钢管混凝土的静力和滞回性能研究结题摘要

本项目研究了中空夹层薄壁钢管混凝土构件和复式薄壁钢管混凝土构件在单调加载下的力学性能。同时还进行了中空夹层薄壁钢管混凝土压弯构件的滞回性能研究。具体进行了以下几个方面的工作： (1)分别以径厚比、径宽比、长细比、偏心距等为主要变化参数，较系统地进行了一系列轴压、纯弯和压弯试验。 (2)用ABAQUS有限元软件建模方法对轴压、纯弯和压弯构件进行受力全过程模拟，模拟结果和试验结果吻合较好。 (3)运用该模型对轴压、纯弯和压弯构件受力全过程中各部分的荷载-变形关系曲线、应力分布、钢管约束力和破坏模态进行机理分析。 (4)运用该有限元模型对构件的荷载-变形曲线和N-M相关曲线进行参数分析，主要包括如下参数：截面含钢率、径宽比、材料强度、长细比及偏心率。 (5)在以上机理分析和参数分析的基础上，提出了中空夹层薄壁钢管混凝土构件和复式薄壁钢管混凝土构件的轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。 (6)共对9根压弯构件进行滞回试验，其中包括6根薄壁中空夹层钢管混凝土构件和3根普通薄壁钢管混凝土构件。研究表明：试件破坏表现为钢管局部屈曲、混凝土压碎和钢管开裂；随着轴压比的增大，试件延性、耗能能力随着减小；中空夹层薄壁钢管混凝土构件的耗能能力明显高于普通薄壁钢管混凝土构件。 (7)利用ABAQUS有限元软件建模法对中空夹层薄壁钢管混凝土压弯构件进行数值模拟，模拟结果与试验结果较吻合。运用该模型对此类构件受力全过程进行机理分析。主要对各部分纵向应力及钢管与混凝土间的相互作用进行分析。钢管约束力主要集中在角部，因此角部混凝土强度有显著提高。 (8)运用该有限元模型对中空夹层薄壁钢管混凝土压弯构件滞回曲线的骨架线进行参数分析。研究发现：随着混凝土强度、钢管强度的增大，构件的承载力变大；随着长细比的增大，构件承载力减小；随着轴压比的增大，构件的延性显著降低。构件的承载力随着径厚比的增大而减小。 (9)最终在机理分析和参数分析基础上，提出了中空夹层薄壁钢管混凝土压弯构件的恢复力模型。 2100433B

带肋薄壁方钢管混凝土柱由于用钢量少、节点简单等优点已受到学术界和工程界的广泛关注。但研究表明，带肋薄壁方钢管混凝土柱存在延性差、自重大和耐火性能较差等缺点。外钢管采用冷弯薄壁角钢焊接而成、在中空截面内置钢管被视为一种有效的方法,可提高该类构件的延性和耐火性能，同时还可有效的减小结构自重和焊缝数量。该类构件统称为带肋中空冷弯薄壁方钢管混凝土柱。但时至今日，尚未见和该类构件相关的研究报道。本项目拟采用试验方法和数值模拟法，对该类构件在单调和滞回荷载作用下的计算方法开展应用基础研究。基于试验研究、数值机理分析和参数分析，明晰内钢管对构件延性的影响规律；建立该类轴压、偏压构件承载力的简化计算方法；研究往复荷载作用对该类压弯构件的耗能能力、刚度和延性的影响规律；确定该类构件的实用恢复力模型。以上工作为该类新型构件在实际工程中的应用和相关规范的修订提供科学依据。

如图2所示，一切处于铁电态的陶瓷材料都有电滞回线，只是电滞回线的形状有长短宽窄之分。电滞回线面积通常与铁电介质的损耗成正比，该能量损耗用来克服自发极化改变方向和克服杂质、晶界等缺陷对畴壁运动所产生的“摩擦阻力”。因此，对于结构完整的单晶，因介电损耗小而使电滞回线较窄；对于存在缺陷和应力复杂的多晶陶瓷体，则电滞回线较宽。

电滞回线能够比较直观的反应最大极化强度、剩余极化强度、矫顽电场等值的大小，并且能够根据电滞回线积分计算得出该材料的储能密度。

本项目以基于性能的抗震设计思路为基础，针对平面框架结构，研究以结构位移和滞回耗能反应作为评估已建和拟建多高层建筑结构抗震性能的方法及量化的性能指标、研究基于弹塑性需求谱的改进的能力谱方法、研究耗能等效的系统和动力参数识别方法，并重点研究非完整约束系统动力有限元分析方法，以此建模分析结构的滞回耗能反应。项目研究将得出以拟合中国标准反应谱的弹塑性需求谱为基础的改进的能力谱方法；提出求等效弹塑性SDOF 2100433B

双电滞回线，反应反铁电体在强电场作用下，极化强度P与外电场强度E的关系曲线。是反铁电体的宏观特征。对反铁电体，在开始施加电场时，极化强度随电场强度呈线性增加，介电系数几乎不随场强而变。但当场强增高到临界电场强度时，极化强度随电场强度的增加开始呈明显的非线性变化，电场强度增加到临界饱和强度时，又接近线性变化。