约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究

摘要

可恢复功能抗震结构在近年来受到了全球地震工程学者的广泛关注，如何设计出地震后不需要修复或可迅速修复使用功能的结构，已成为地震工程领域的研究热点。到目前为止，国内外学者已经针对构件以及结构层次在有关摇摆及自复位体系方面进行了一系列研究。本文研究的重点为框架柱，已有的研究无论是传统框架柱还是近年来出现的摇摆柱及自复位柱，在充分发挥其刚度大、有效避免纵筋屈曲、提高延性和耗能能力等方面还有一系列问题有待进一步解决。其中最为显著的问题有两点，首先，普通框架柱的纵筋屈曲外鼓等失效模式仍不可避免；其次，框架柱自身无法同时具备抗侧刚度大和耗能强双重特征。 针对这一现状，综合现有的研究成果，本文提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造，即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱，并提出了相应的恢复力模型。并提出了相应的约束屈曲纵筋构造和工作原理，对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟，验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能，并研究了约束屈曲纵筋的屈曲变形过程以及钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其滞回性能的影响。对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟，验证了其摇摆模式和恢复力模型，并通过参数分析研究了纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响，结果表明约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型，强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加，柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆，中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 约束屈曲支撑的研究与发展

1.2.1 背景介绍

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3 可恢复功能体系的研究与发展

1.3.1 背景介绍

1.3.2 国外研究现状

1.3.3 国内研究现状

1.4 主要研究内容

2 约束屈曲纵筋理论分析

2.1 构造分析

2.2 工作原理

2.3 整体稳定性分析

2.4 本章小结

3 约束屈曲纵筋试验及数值模拟

3.1 试验概况介绍

3.2 试验结果分析

3.2.1 试验现象

3.2.2 力-位移曲线分析

3.3 有限元模型创建

3.3.1 建立几何模型

3.3.2 定义单元类型

3.3.3 定义材料属性

3.3.4 约束形式和加载方式

3.3.5 纵筋初始缺陷的分析设定

3.4 非线性屈曲分析

3.4.1 纵筋变形过程

3.4.2 模拟结果与实验结果对比

3.5 参数分析结果

3.5.1 滞回性能分析

3.5.2 骨架曲线分析

3.5.3 耗能能力分析

3.6 本章小结

4 约束屈曲纵筋摇摆柱的理论分析

4.1 传统摇摆柱理论分析

4.1.1 刚体摇摆过程

4.1.2 摇摆柱摇摆过程

4.1.3 摇摆柱恢复力模型

4.2 约束屈曲纵筋摇摆柱理论分析

4.2.1 构造分析

4.2.2 工作原理

4.2.3 恢复力模型

4.3 本章小结

5 约束屈曲纵筋摇摆柱的有限元分析

5.1 有限元模型的创建

5.1.1 建立几何模型

5.1.2 定义单元类型

5.1.3 约束形式和加载方式

5.2 摇摆模式分析

5.3 参数分析结果

5.3.1 滞回性能分析

5.3.2 骨架曲线分析分析

5.3.3 受弯承载力分析

5.3.4 刚度分析

5.3.5 起摇位移分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书