Z形截面柱抗剪性能的试验研究

摘要

随着我国房地产业的高速发展，异形柱结构体系被广泛采用，Z形截面柱在工程中的应用也日趋增多。但是在刚出台不久的异形柱行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ 149-2006)中还未将Z形柱、“一”字形柱列入。目前对Z形柱、“一”字形柱的试验研究还相对较少，所以相关的结论也不多。本文针对Z形截面柱沿中间肢方向受水平力条件下的抗剪特征进行了试验研究，重点考察了在压、弯、剪(扭)作用下Z形截面构件的受剪性能，以期进一步揭示Z形截面柱的受剪破坏机理、构件抗剪承载力及其影响规律。 本文首先通过实验现象，对Z形截面柱受力过程中的裂缝开展情况以及最终破坏形态做了详细阐述，深入分析了构件的开裂荷载、极限荷载以及构件中箍筋应变、纵筋应变、最大弯距处的位移等随外荷载增加的变化特点。初步得出了柱轴压比、配箍率对构件抗剪承载力的影响规律。在试验结果基础上，运用ANSYS有限元程序对相同荷载约束条件下的试验构件进行了数值模拟，确定了可用来分析此类构件的数值模型。而后，采用经实验检验的有限元模型，拓宽了主要影响因素的分析范围，进一步分析了柱轴压比、配箍率、配筋率以及剪跨比等因子对试件抗剪承载力的影响规律。在试验结果以及数值模拟结果的基础上，得出了在竖向荷载不变的前提下，水平力(惯矩小的工程轴方向)作用下破坏的Z形截面柱抗剪承载力的计算公式，经计算与试验值、模拟值均吻合较好。 最后，对Z形截面柱一榀框架进行模拟，模拟结果表明Z形截面柱在一榀框架中的破坏形态和裂缝开展情况与单个柱构件的结果吻合较好，说明Z形柱在结构中的压剪受力特性与单个柱构件的受力特性是一致的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：术语、符号说明

声明

第一章绪论

1.1本研究的背景与现状

1.1.1 异形柱结构体系概述

1.1.2异形柱结构研究现状

1.1.3 目前存在的一些问题

1.2本研究的目的、意义和内容

1.2.1 本研究的目的与意义

1.2.2本研究的主要内容

第二章Z形截面柱试验方案

2.1试件模型的设计与制作

2.2材性试验

2.3试验装置与加载方案

2.3.1试验加载装置

2.3.2试验数据采集系统

2.3.3加荷方案

2.4量测内容与数据检测

2.4.1 开裂荷载与破坏荷载

2.4.2钢筋应变的量测

2.4.3位移的量测

第三章Z形截面柱斜截面承载力试验结果及分析

3.1 Z形截面柱的破坏过程与破坏形态

3.1.1 压剪比λ'=1.25～1.55构件的破坏形态

3.1.2压剪比λ'=1.80左右构件的破坏形态

3.1.3压剪比λ'=2.00左右构件的破坏形态

3.2开裂荷载和极限荷载

3.3构件的变形

3.4裂缝的形态和特点

3.5箍筋应力

3.6纵筋应力

3.7抗剪强度的影响因素

3.7.1轴压比

3.7.2配箍率

本章小结

第四章Z形截面柱非线性有限元分析

4.1概述

4.2前处理

4.2.1 Z形截面柱模型的建立

4.2.2参数的定义

4.2.3网格划分

4.3加载与求解

4.3.1荷载的施加

4.3.2收敛性的问题

4.4有限元分析结果

4.4.1 试件破坏形态以及抗剪承载力的数值模拟

4.4.2各影响因素对试件抗剪承载力的影响

4.4.3承载力计算公式推导

本章小结

第五章 Z形截面柱框架的有限元分析

5.1模型的建立

5.2有限元分析结果

5.2.1 一榀框架Z形截面柱破坏形态

5.2.2一榀框架Z形截面柱抗剪承载力

本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2后续研究展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文