学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复合钢管高强混凝土柱抗震性能研究

作　者: 李宁波
导　师: 钱稼茹
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 复合钢管高强混凝土柱拟静力试验抗震性能数值分析弯矩—转角骨架线
分类号: TU398.9
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在方钢管高强混凝土柱的截面中部设置圆钢管的柱，称为复合钢管高强混凝土柱（简称复合柱）。复合柱将方钢管、圆钢管与高强混凝土有效地组合在一起，充分发挥各自的优势，特别适用于抗震设防地区超高层建筑底部楼层的框架柱以及承受重载的框架柱。目前，国内外对复合柱的抗震性能缺乏试验研究。本论文通过拟静力试验与数值分析，研究复合柱的抗震性能，为复合柱的工程应用提供依据。论文主要工作及成果如下：(1)完成了12个复合柱试件的拟静力试验，研究并揭示了复合柱的抗震性能和累积损伤性能，包括复合柱的破坏形态、承载能力、变形能力、耗能能力、刚度退化等，以及累积损伤对复合柱抗震性能的影响。结果表明，复合柱滞回性能稳定，具有很好的抗震性能，但累积损伤使试件的破坏程度严重一些。(2)完成了5个复合柱试件和3个方钢管混凝土柱试件的拟静力试验，研究大震后复合柱快速修复的可能性。结果表明，位移角为1/100时，方钢管壁板宽厚比为24.7的方钢管混凝土柱及复合柱试件，方钢管没有出现鼓曲、外观无变化，即达到框架-核心筒结构的大震弹塑性层间位移角限值时，无需修复即可继续使用。(3)采用基于纤维模型的OpenSEES程序，计算得到的复合柱试件的水平力-位移滞回曲线与试验实测曲线符合良好。对复合柱滞回性能的参数影响分析表明：增大轴压比，复合柱的变形能力降低；减小方钢管壁板宽厚比，复合柱的变形能力增大；增大径宽比，能提高复合柱的水平承载力；提高钢材强度，能有效提高复合柱的水平承载力和变形能力。根据试验及数值分析结果，提出了复合柱截面参数取值的建议。(4)提出了复合柱弯矩-转角骨架线特征点的弯矩和转角的确定方法。包括：采用叠加法计算骨架线的峰值弯矩；采用试验实测的复合柱截面弯矩-曲率曲线及简化的曲率-转角关系计算式，确定特征点的转角；或采用由数值分析得到的复合柱截面弯矩-曲率关系曲线，或由试验实测的复合柱试件弯矩-转角曲线，分别建立的特征点转角的计算式，确定特征点的转角。同时，提出了确定复合柱弯矩-转角曲线性能点的建议。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章绪论  10-27
  1.1 研究背景与意义  10-12
  1.2 钢- 混凝土组合柱研究现状  12-22
    1.2.1 组合柱试验研究  12-18
    1.2.2 组合构件抗震性能分析方法  18-20
    1.2.3 组合构件损伤性能研究  20-21
    1.2.4 组合柱承载力计算  21-22
  1.3 组合柱在我国高层建筑中的应用  22-23
    1.3.1 应用组合柱的典型工程  22
    1.3.2 组合柱节点研究现状  22-23
  1.4 复合柱的研究现状  23-25
  1.5 本文研究内容  25-27
第2章复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究  27-47
  2.1 试验概况  27-32
    2.1.1 试件设计  27-29
    2.1.2 轴压比  29-30
    2.1.3 加载装置、量测内容与加载制度  30-32
  2.2 试验结果与分析  32-45
    2.2.1 破坏过程与破坏形态  32-35
    2.2.2 滞回曲线与骨架线  35-37
    2.2.3 承载能力  37
    2.2.4 变形能力  37-39
    2.2.5 刚度退化  39-40
    2.2.6 耗能能力  40-43
    2.2.7 截面应变分析  43-45
  2.3 本章小结  45-47
第3章复合钢管高强混凝土柱累积损伤性能试验研究  47-67
  3.1 试验概况  47-49
    3.1.1 试件设计  47-48
    3.1.2 轴压比  48
    3.1.3 加载装置、量测内容与加载制度  48-49
  3.2 试验结果与分析  49-56
    3.2.1 破坏过程与破坏形态  49-51
    3.2.2 滞回曲线与骨架线  51-52
    3.2.3 承载能力  52-53
    3.2.4 变形能力  53-54
    3.2.5 刚度退化  54-55
    3.2.6 耗能能力  55-56
  3.3 累积损伤对复合柱抗震性能的影响  56-59
    3.3.1 破坏形态  57
    3.3.2 水平力—位移骨架线  57-58
    3.3.3 承载力和变形能力  58
    3.3.4 耗能能力  58-59
  3.4 等位移幅值下复合柱累积损伤性能分析  59-65
    3.4.1 承载能力退化  59-62
    3.4.2 刚度退化  62-63
    3.4.3 耗能退化  63-65
  3.5 本章小结  65-67
第4章震后可快速修复的复合柱抗震性能试验研究  67-86
  4.1 试验概况  68-71
    4.1.1 试件设计  68-69
    4.1.2 轴压比  69-70
    4.1.3 加载装置、量测内容与加载制度  70-71
  4.2 试验结果与分析  71-83
    4.2.1 破坏过程与破坏形态  71-73
    4.2.2 滞回曲线与骨架线  73-75
    4.2.3 变形能力  75-76
    4.2.4 耗能能力  76-78
    4.2.5 刚度退化  78-79
    4.2.6 应变  79-81
    4.2.7 复合柱与方钢管混凝土柱抗震性能对比  81-83
  4.3 残余变形分析  83-84
  4.4 承载能力  84-85
  4.5 本章小结  85-86
第5章复合柱基于纤维模型的水平力—位移滞回曲线计算  86-118
  5.1 OpenSEES 建模  86-89
    5.1.1 OpenSEES 简介  86-87
    5.1.2 OpenSEES 纤维模型建立  87-88
    5.1.3 纤维模型计算的相关命令  88-89
  5.2 材料本构模型  89-94
    5.2.1 钢材本构模型  89-90
    5.2.2 混凝土本构模型  90-94
  5.3 OpenSEES 计算结果及比较  94-100
    5.3.1 第 1 组与第 2 组复合柱试件  94-98
    5.3.2 方钢管宽厚比为 24.7 的复合柱试件  98-100
  5.4 复合柱滞回性能参数影响分析  100-116
    5.4.1 轴压比  100-102
    5.4.2 方钢管壁厚（宽厚比）  102-105
    5.4.3 径宽比  105-107
    5.4.4 径厚比  107-109
    5.4.5 钢材强度  109-112
    5.4.6 混凝土强度  112-116
  5.5 本章小结  116-118
第6章复合柱弯矩 -转角骨架线特征点确定研究  118-147
  6.1 复合柱的峰值弯矩确定  119-124
    6.1.1 纤维模型法计算复合柱的峰值弯矩  120
    6.1.2 叠加法计算复合柱的峰值弯矩  120-124
  6.2 由弯矩—曲率曲线确定复合柱的转角  124-139
    6.2.1 由曲率计算转角  124-125
    6.2.2 弯矩—曲率试验曲线及特征点的曲率试验值  125-130
    6.2.3 弯矩—曲率计算曲线及特征点的曲率计算值  130-137
    6.2.4 复合柱的塑性铰长度  137-138
    6.2.5 复合柱弯矩—转角曲线特征点的转角确定  138-139
  6.3 由数值分析弯矩—转角曲线确定复合柱特征点的转角  139-144
    6.3.1 轴压比对转角的影响  139-140
    6.3.2 宽厚比对转角的影响  140-141
    6.3.3 径宽比对转角的影响  141-142
    6.3.4 复合柱弯矩—转角曲线特征点转角的确定  142-144
  6.4 复合柱性能点确定  144-146
  6.5 本章小结  146-147
第7章结论与展望  147-151
  7.1 论文主要工作及研究成果  147-150
  7.2 对今后相关研究的建议  150-151
参考文献  151-163
致谢  163-165
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  165

复合钢管高强混凝土柱抗震性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文