压弯扭往复荷载作用下内嵌H型钢钢管混凝土柱的抗震性能研究

摘要

内嵌H型钢-钢管混凝土柱不仅具有构造简单、施工方便和抗火性能好等特点，且具有承载力和刚度大、延性和抗连续性倒塌能力强等优点。目前针对内嵌H型钢-钢管混凝土柱的受压和受弯承载力研究较多，但针对压-弯-扭往复作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的抗震性能研究较少，因而本文针对压-弯-扭往复作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱进行了抗震性能试验，并运用力学理论推导了钢和混凝土的复合强度计算式和压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的承载力计算公式，取得了以下主要研究成果：　　(1)开展了不同截面形式、长细比和压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的拟静力往复加载试验，得到了压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏形态、滞回特性、承载力骨架曲线及关键力学特征、刚度退化和耗能能力；分析了压-弯-扭作用下内嵌H型钢钢管混凝土的承载力、刚度和耗能能力及其影响因素。该成果可运用于分析压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏机理及其相互关系。　　(2)基于试验破坏形态分析了压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱截面钢、混凝土和H型钢的应力分布规律，得出了压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏机理。　　(3)分析了二维纯剪、压剪、拉剪应力状态和二维双向拉应力或拉压应力状态下钢和混凝土的初始平面应力与主应力及其相互关系；结合最大剪应力理论(Tresca屈服准则)和最大畸变能理论(R.vonMises理论)推导了二维纯剪、压剪、拉剪应力状态和二维双向拉应力或拉压应力下钢的复合强度及其相关关系，并结合莫尔-库伦屈服理论推导了二维纯剪、压剪、拉剪应力状态和二维双向拉应力或拉压应力下混凝土的复合强度及其相关关系。该成果可为压-弯-扭作用下内嵌H型钢钢管混凝土的复合承载力计算式提供钢和混凝土的复合强度。　　(4)分析了压-弯-扭作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱截面的正应力和剪应力分布，运用数学积分方法推导了压-弯-扭作用下内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的复合承载力计算式及压-弯-扭复合承载力相关关系。该成果可直接用于计算不同轴压比和扭弯比的压-弯-扭作用下H-CFST柱的复合承载力。　　(5)分析了压-弯-扭作用下内嵌H型钢钢管混凝土的刚度影响因素，得到了内嵌H型钢-钢管混凝土柱的弹塑性压-弯-扭刚度衰减机理及表达式。该成果可用于压-弯-扭作用下内嵌H型钢钢管混凝土的刚度设计和变形控制。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3论文研究目标和总体思路

2 压-弯-扭往复荷载下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的力学性能试验研究

2.1 本章概述

2.2试验概况

2.3纯扭、轴压及压扭试验结果及分析

2.4纯弯和压弯试验结果及分析

2.5扭弯和压弯扭试验结果及分析

2.6压弯扭作用下H-CFST柱的试验受弯刚度和受扭刚度

2.7本章小结

3 压-弯-扭往复作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏机理分析

3.1 本章概述

3.2 压弯扭单一作用下H-CFST柱的破坏机理

3.3 压弯扭作用下H-CFST柱的破坏机理

3.4 本章小结

4 钢和混凝土的应力状态、屈服准则及二维应力状态下的强度

4.1 本章概述

4.2 二维纯剪、压剪、拉剪应力状态和二维双向拉应力或拉压应力状态下钢的强度分析

4.3二维纯剪、压剪、拉剪应力和压拉应力或双压应力状态下混凝土的受剪强度及分析

4.4 本章小结

5 压-弯-扭荷载作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的承载力分析

5.1 本章概述

5.2 纯扭及压扭作用下H-CFST柱的承载力分析

5.3 纯弯及压弯作用下H-CFST柱的承载力分析

5.4 扭弯作用下H-CFST柱的承载力分析

5.5 压弯扭作用下H-CFST柱的承载力和相关关系分析

5.6本章小结

6 压-弯-扭荷载作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的刚度分析

6.1 本章概述

6.2 纯扭和压扭作用下H-CFST柱的弹塑性受扭刚度分析

6.3 轴压、纯弯和压弯作用下H-CFST柱的刚度分析

6.4 弯扭作用下H-CFST柱的受弯刚度EI和受扭刚度GJ

6.5 压弯扭作用下H-CFST柱的受弯刚度EI和受扭刚度GJ

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 论文的主要成果或创新点

7.2 论文的主要创新点

7.3 有待进一步研究的问题

参考文献

附录

A. 攻读博士期间发表论文、已授权专利和规范

B. 攻读博士期间参与科研项目

C. 学位论文数据集

致谢