新型五螺箍矩形混凝土柱力学行为分析与研究

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随着高层建筑和装配式建筑的发展,传统钢筋混凝土柱难以满足承载力和延性的要求,既有研究表明,螺旋箍筋应用于钢筋混凝土柱能明显提高柱的承载力和延性。五螺箍矩形混凝土柱作为新型复合螺箍柱,目前研究较少,将对其力学性能进行相关研究,主要研究内容如下:(1)五螺箍矩形混凝土柱轴心受压应力-应变关系研究。基于Mander模型,使用截面分区法和整体分析法对五螺箍矩形柱轴心受压应力-应变关系进行理论研究,并将两种分析方法得到的曲线与试验结果曲线进行对比。由于整体分析法简单明确且更加贴近试验结果,因此,以整体分析法对Mander约束混凝土模型修正得到的曲线作为五螺箍矩形柱轴心受压应力-应变曲线,且该曲线用于后续有限元软件中本构模型的输入。(2)五螺箍矩形混凝土柱轴压性能研究。(1)结合已有文献中的试验,采用ABAQUS分析软件按试验参数建立了有限元模型,经过将试验数据和模拟结果进行对比,模型的准确性和适用性得以验证;(2)基于用钢量相等的原则,设计了五螺箍柱、五环箍柱、矩形箍柱和矩形螺箍柱四种不同配箍形式的矩形柱,并开展了不同混凝土强度对上述四种柱的轴压承载力和延性的影响研究,结果表明,五螺箍柱有较高的承载力和延性;(3)通过对五螺箍矩形短柱进行影响因素分析,提出短柱轴压承载力计算方法,与各国规范公式进行对比,该公式计算精度较高。(4)对五螺箍矩形混凝土长柱进行稳定性能研究,主要考虑长细比对其稳定性能的影响,并提出长柱稳定承载力计算公式。(3)五螺箍矩形混凝土柱抗震性能研究。(1)使用钢筋二折线模型和滞回本构模型分别建模并与试验结果对比,发现二折线模型虽荷载与试验相吻合,但是滞回曲线不“捏缩”,而滞回本构模型考虑了刚度退化,与试验得到的滞回曲线和骨架曲线都吻合较好,为保证有限元模型的正确性,钢筋应考虑粘结滑移造成的刚度退化;(2)对五螺箍矩形混凝土柱抗震性能进行影响因素分析,主要研究了轴压比、剪跨比、箍筋间距和纵筋强度的影响规律,并使用滞回曲线、骨架曲线、滞回耗能和刚度退化对其抗震性能作综合评价;(3)综合四种参数对抗震性能的影响,其中提高纵筋强度可以显著提高构件的耗能能力、滞回环的饱满程度、承载力和变形能力,视为改善其抗震性能的最有利方式。
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