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高轴压比钢骨高强混凝土角柱抗震性能试验研究

作　者: 张石昂
导　师: 赵作周
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 高轴压比钢骨混凝土角柱高强混凝土抗震性能试验
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高层建筑的底层柱往往受到高轴压和双向压弯剪的共同作用，这对底层柱的抗震性能有较高的要求，采用钢骨高强混凝土柱是提升底层柱抗震性能的有效措施之一。为了模拟钢骨高强混凝土角柱在轴压和双向弯矩作用下的非线性特性，本文开发了基于纤维模型的非线性分析程序SECTION。分析已有试验结果发现要准确模拟钢骨高强混凝土柱的压弯性能必须考虑箍筋对高强混凝土的约束作用。收集了44组不同截面尺寸的轴心受压高强混凝土柱的试验结果，试件混凝土强度在C50-C110范围，配箍特征值λ在0.01至0.27范围，通过统计分析提出了箍筋约束高强混凝土的峰值应力fcc、对应应变εcc与配箍特征值λ的关系曲线，建议了箍筋约束高强混凝土的应力－应变关系模型。为了验证模型的可靠性，完成了3个箍筋约束高强混凝土柱的受压试验，获得了大尺寸高强混凝土柱的荷载－应变全曲线，完成了本文试验试件与其他典型高强RC轴心受压柱试件的数值模拟，模拟结果与试验结果比较接近。证明建议的模型比较准确，可以供箍筋约束高强混凝土数值分析参考使用。完成了7个高轴压比钢骨高强混凝土角柱的压弯试验，研究了含钢率、钢骨截面形状、加载角度、钢骨布置夹角对其抗震性能的影响。试验结果表明，高轴压比下钢骨高强混凝土柱正向或斜向受力时均为压弯作用下的受弯破坏。试件达到峰值荷载的变形能力满足规范要求，有良好的变形能力。柱的含钢率较小时对试件延性的提升不明显。十字钢骨截面板件宽厚比小的构件抗震性能更好。试件斜向压弯下的承载力和耗能能力略低于正向压弯下的性能。十字钢骨在钢筋混凝土柱中斜向放置后，对于承载能力的影响不明显，但后期承载力下降较快。采用SECTION和OpenSees软件完成了对钢骨高强混凝土角柱的数值模拟，结果表明用建议的ZSA模型模拟箍筋约束混凝土有良好的精度。本文选取不同的加载角度用OpenSees软件进行了试算，计算结果表明加载角度对斜向受力钢骨高强混凝土柱的承载力影响较大。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第1章绪论  9-29
  1.1 选题背景与研究目的  9-10
  1.2 文献综述  10-26
    1.2.1 钢骨混凝土柱压弯试验研究  10-13
    1.2.2 钢骨混凝土柱、钢筋混凝土柱双向压弯试验和计算研究  13-19
    1.2.3 钢骨混凝土柱设计方法概述  19-23
    1.2.4 高强混凝土箍筋约束特性  23-26
  1.3 小结  26-27
  1.4 本文的主要研究内容及安排  27-29
第2章箍筋约束高强混凝土特性试验研究  29-52
  2.1 箍筋约束高强混凝土本构关系  29-33
    2.1.1 样本概述  29
    2.1.2 峰值应力和对应应变  29-32
    2.1.3 应力-应变曲线  32-33
  2.2 钢骨混凝土双向压弯计算  33-42
    2.2.1 弯矩-曲率程序 SECTION  33-36
    2.2.2 程序验证  36-40
    2.2.3 双向压弯计算对比  40-42
  2.3 箍筋约束高强混凝土柱试验概况  42-46
    2.3.1 试件设计  42-43
    2.3.2 量测方案和加载制度  43
    2.3.3 试件破坏过程和破坏形态  43
    2.3.4 试验结果和分析  43-46
  2.4 箍筋高强混凝土本构的验证  46-51
    2.4.1 第一组试件  46-49
    2.4.2 第二组试件  49-51
  2.5 小结  51-52
第3章高轴压比钢骨高强混凝土角柱抗震性能试验研究  52-86
  3.1 试验设计  52-60
    3.1.1 试件设计  52-55
    3.1.2 材料强度  55-57
    3.1.3 测点布置  57-59
    3.1.4 加载装置与加载制度  59-60
  3.2 试验结果与分析  60-83
    3.2.1 破坏过程  60-65
    3.2.2 水平力-位移滞回特性  65-67
    3.2.3 弯矩-位移滞回特性  67-70
    3.2.4 屈服位移  70-71
    3.2.5 骨架曲线  71-73
    3.2.6 刚度退化和承载力退化  73-76
    3.2.7 耗能能力  76-78
    3.2.8 侧移曲线  78-79
    3.2.9 应变分布规律  79-83
  3.3 讨论  83-85
  3.4 小结  85-86
第4章高轴压比钢骨高强混凝土角柱承载力分析  86-100
  4.1 轴力分配  86-87
  4.2 承载力计算  87-91
  4.3 双向弯矩公式系数分析  91-93
  4.4 有限元计算  93-98
    4.4.1 OpenSees 简介  93
    4.4.2 材料本构  93-94
    4.4.3 模型建立  94-95
    4.4.4 有限元计算结果  95-97
    4.4.5 加载角度的影响  97-98
  4.5 小结  98-100
第5章结论与展望  100-102
  5.1 结论  100-101
  5.2 展望  101-102
参考文献  102-106
致谢  106-108
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  108

高轴压比钢骨高强混凝土角柱抗震性能试验研究

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