方钢管混凝土组合异形柱结构力学性能与工程应用研究

摘要

方钢管混凝土组合异形柱是一种新型的柱结构形式，该柱能够包裹在墙体内部，增加使用面积，能够发挥钢管混凝土结构与异形柱结构的优势。为了降低用钢量并匹配建筑平面布置，经常使用L形柱。针对此方钢管混凝土组合异形柱，本文进行了体系的构造形式研究、构件轴压、构件压弯、构件抗震性能的有限元分析与试验研究、设计方法及工程应用研究。
　　提出了直接连接和间接连接的螺栓连接方钢管混凝土组合异形柱、开孔钢板连接形式的方钢管混凝土组合异形柱，并比较了静力性能，发现在现有技术条件下，焊接开孔钢板连接形式的方钢管混凝土组合异形柱为最优形式，提出了方钢管混凝土组合异形柱外肋环板节点构造形式和计算方法。
　　进行了2根组合异形柱的轴压试验和有限元模拟，其中一根为填充混凝土试件，一根为空钢管试件，通过试验与有限元分析，发现：填充混凝土后极限承载力提高21％，刚度提高，延性有所下降；开孔钢板和加劲肋作为连接形式能够很好的保证单肢柱协同工作；填充混凝土的试件连接板可以简化为横向和斜向缀条进行计算；试验结果与有限元分析结果吻合很好。
　　进行了2种加载角度的方钢管混凝土组合异形柱压弯试验与有限元模拟，得到以下结论：两个试件分别发生了绕单轴的单向压弯和绕弱轴的双向压弯，而且双向压弯的变形与应力状态均绕着对称轴对称分布；两个试件的极限承载能力基本相同，单向压弯试件刚度较大，原因是由于试件的破坏是由于单肢柱顶的局部屈曲引起，极限承载力由单肢极限承载力控制；连接板可以简化为横向和斜向缀条受力；试验结果与有限元分析结果基本吻合。
　　进行了3个方钢管混凝土组合异形柱拟静力试验和有限元模拟，试验参数为轴压比和单肢长细比，得到以下结论：方钢管混凝土组合异形柱滞回曲线饱满，具有较好的延性和耗能能力；随着轴压比的增加刚度增加，但是承载力、延性和耗能能力降低，随着长细比的降低刚度和承载力增加，但是延性和耗能能力降低；连接板可以简化为横向和斜向缀条受力；试验结果与有限元分析结果基本吻合。
　　利用MIDAS软件，提出了方钢管混凝土组合异形柱-H型钢梁结构体系的设计方法和细部构造，进行了结构体系的受力性能分析，发现方钢管混凝土组合异形柱结构体系用于低层时优于单柱体系，具有较好的抗震性能，能够抵御罕遇地震。

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第一章 绪论

1.1钢管混凝土柱研究现状

1.2异形柱研究现状

1.3本文的主要内容

第二章 方钢管混凝土组合异形柱结构体系构造形式

2.1焊接缀条连接方钢管混凝土异形柱

2.2螺栓连接方钢管混凝土异形柱

2 .3开孔钢板连接方钢管混凝土异形柱

2.4各种构造的方钢管混凝土异形柱性能比较

2.5 节点形式研究

2.6 本章小结

第三章 方钢管混凝土组合异形柱轴压性能

3.1方钢管混凝土组合异形柱轴压试验有限元模拟

3.2方钢管混凝土组合异形柱轴压试验

3.3有限元简化模型的提出及参数分析

第四章 方钢管混凝土组合异形柱压弯性能

4.1方钢管混凝土组合异形柱压弯试验有限元模拟

4.2方钢管混凝土组合异形柱压弯试验

第五章 方钢管混凝土组合异形柱抗震性能

5.1方钢管混凝土组合异形柱拟静力试验有限元模拟

5.2方钢管混凝土组合异形柱压弯试验

第六章 方钢管混凝土组合异形柱工程应用研究

6.1引言

6.2计算模型建立

6.3结构设计方法

6.4 整体结构的抗震性能分析

6.5 结构体系建造方法

6.6 应用技术推广

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2课题研究展望

参考文献

发表论文和科研情况

致谢