论文部分内容阅读
组合结构的抗震性能在很大程度上依赖于柱的强度和延性。方形钢-混凝土组合柱由于具有较高的强度和良好的延性而被广泛用作组合结构的竖向承力构件。当钢-混凝土组合柱遭受到超过预期的巨大地震时,由于钢板的局部屈曲等缺陷,会难以避免的出现峰值应力后的强度退化;而这种强度退化可能导致变形进一步集中而造成结构整体坍塌。为了准确评估钢-混凝土柱在大震下的抗震性能,需要建立能准确评估钢-混凝土短柱直至大变形阶段的轴心受压的全应力-应变关系的模型。本文选择了方形中空钢管(HSST)柱、螺栓连接的钢套管(BSST)约束混凝土柱和钢管混凝土(CFST)柱三种在组合结构中常用的柱作为研究对象,其中选择HSST柱为对象之一的目的在于为建立CFST柱的受压应力-应变关系模型提供试验和理论基础。通过对三种短柱进行轴心受压性能的试验和分析,得到以下结论:1.基于68组前人试验数据,提出了着重考虑后屈曲效应影响的,能定义方形中空钢管短柱的轴向压应力和应变关系的应力-应变模型。与前人研究的模型相比较,所提出的模型不仅能追踪在钢构件制造过程中的残余应力的影响,还能更精确的考虑钢板局部屈曲对中空方形钢管短柱轴心受压应力-应变关系的影响。所提模型的另一个优势是可以用于薄壁中空钢管柱。为了进一步的验证模型的准确性,进行了10组中空方形钢管短柱轴心受压试验,试验结果和计算结果的对比显示,所提模型不仅能很好的预测钢管局部屈曲强度,还能准确追踪方形中空钢管短柱轴心受压时从开始直至大变形阶段的应力-应变关系。2.提出了一种新的用螺栓连接两块钢板以形成对混凝土的横向约束的方法(BSST),通过对21个螺栓连接方形钢套管约束混凝土短柱的轴心受压试验以验证这种方法的有效性。试验结果显示,与焊接方形钢套管(WSST)约束混凝土相比,尽管BSST约束混凝土的峰值应力略低8%,但确实能给核心混凝土提供有效与WSST约束混凝土同等的约束以改善核心混凝土的延性。3.基于虚功原理,建立了一个同时适用于BSST和WSST的方形钢套管约束混凝土轴心受压应力-应变关系的模型。计算结果和试验结果的对比显示,所提模型即使在大变形阶段仍能很好的评估钢套管约束混凝土轴心受压应力-应变关系。4.进行了24组CFST短柱轴心受压试验,在分析实验结果的基础上,考虑钢管和混凝土的相互作用而对中空钢管和钢管约束混凝土的荷载-变形关系进行修正,采用叠加法建立了CFST短柱的荷载-变形曲线,通过对比,其计算结果与实验结果吻合良好。