往复荷载作用下钢管混凝土柱性能试验及理论分析

摘要

随着组合结构的发展,方钢管混凝土结构在高层建筑中的应用不断增加,其抗震性能的研究也越来越引起人们的关注。尽管国内外学者在方钢管混凝土抗震性能方面做了大量的研究工作,但对方钢管混凝土构件材料的本构关系的研究还很不充分。本文通过9个方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验,系统的研究了方钢管混凝土柱材料的本构关系和抗震性能,主要进行了以下几个方面的工作。
　　 分别以轴压比n、长细比λ和套箍系数ξ为参数,对9根方钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究。试验得到的P-△(荷载-位移)滞回曲线图形饱满,没有明显的捏缩现象出现,表现出良好的耗能能力。试验柱位移延性系数μ随轴压比n的增大而降低；随长细比λ增大,延性系数μ降低；随套箍系数ξ增加,延性系数μ增大。
　　 采用非线性有限元程序ABAQUS对轴心受压方钢管混凝土柱进行了计算,分析了混凝土强度fc、截面宽厚比B／t和钢材强度fx对钢管和核心混凝土纵向应力-应变曲线的影响规律,提出了方钢管混凝土柱钢管和核心混凝土的等效单轴受压应力-应变关系曲线的计算公式。
　　 应用本文提出的等效单轴受压应力应变曲线,采用DRAIN-2DX中的纤维梁柱单元,对方钢管混凝土柱在往复水平荷载作用下的滞回性能进行了计算分析,以套箍系数ξ、轴压比n和长细比λ为参数,计算了124根方钢管混凝土柱。通过对计算结果的分析,建立了方钢管混凝土柱的P-△滞回模型。
　　 对试验的方钢管混凝土柱滞回耗能进行了分析,采用基于能量耗散原理和构件滞回特性建立的累积损伤模型,对往复荷载作用下方钢管混凝土柱累积损伤进行了计算分析。计算结果表明当试件翼缘发生鼓曲时累积损伤指标在0.6～0.7左右,破坏时累积损伤指标在0.8～0.9之间。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢管混凝土结构的发展和应用

1.3 钢管混凝土抗震性能的研究现状

1.3.1 方钢管混凝土柱的抗震性能的试验研究

1.3.2 钢管混凝土柱抗震性能的理论研究

1.3.3 损伤模型的研究现状

1.4 选题的依据和意义

1.5 本文的主要研究工作

第二章 .方钢管混凝土压弯构件滞回性能试验研究

2.1 概述

2.2 试件参数和制作

2.2.1 试件制做

2.2.2 材料性能指标

2.2.3 试件的设计参数

2.3 试验装置及试验方法

2.3.1 试验装置

2.3.2 加载制度

2.4 试验量测

2.4.1 应变量测

2.4.2 变形及力的量测

2.4.3 数据采集

2.5 试验结果及分析

2.5.1 破坏形态

2.5.2 P-△滞回曲线

2.5.3 P-△骨架曲线

2.5.4 刚度退化

2.5.5 延性分析

2.6 本章小结

第三章 钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

3.1 引言

3.2 材料的本构关系模型

3.2.1 钢材的本构关系

3.2.2 混凝土的本构关系

3.3 方钢管混凝土柱有限元模型

3.3.1 材料模型

3.3.2 单元类型

3.3.3 钢管与混凝土界面模型

3.3.4 钢管初始缺陷的影响

3.3.5 网格划分

3.3.6 非线性方程组求解

3.3.7 有限元分析与实验结果的对比

3.4 钢管和核心混凝土在轴心压力下的等效单轴应力-应变曲线

3.4.1 轴心受压短柱计算

3.4.2 核心混凝土等效单轴受压应力-应变曲线

3.4.3 钢管等效单轴受压应力-应变曲线

3.5 本章小结

第四章 钢管混凝土柱恢复力模型

4.1 引言

4.2 纤维梁柱单元的基本理论

4.2.1 单元简介

4.2.2 单元模式

4.2.3 材料本构关系

4.2.4 单元方程

4.2.5 计算步骤

4.3 试验柱纤维模型分析

4.3.1 模型建立

4.3.2 计算分析

4.3.3 计算结果

4.4 钢管混凝土柱滞回模型

4.4.1 计算参数

4.4.2.P-△滞回模型

4.4.3 滞回模型与试验结果比较

4.5 本章小结

第五章 钢管混凝土柱累积损伤分析

5.1 引言

5.2 累积损伤模型

5.3 钢管混凝土柱滞回耗能分析

5.4 钢管混凝土柱累积损伤分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢