分散式钢棒核心钢骨混凝土柱抗震性能研究

作     者：皮音培 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任珉

授予年度：2013年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：分散式钢棒混凝土柱 试验研究 非线性 抗震性能 

摘      要：核心钢骨混凝土结构由于其优良的抗震性能及受力特性，在建筑结构尤其高层建筑中得到了广泛应用，但其在长期的工程应用中也暴露出诸多不足之处，例如：核心钢骨混凝土柱在施工过程中尤其核心钢骨的存在导致梁柱节点位置，梁纵筋无法贯穿，同时节点位置的施工难度加大;其次，该型柱的箍筋绑扎也一直是施工过程中无法回避的难题。基于以上考虑，本课题组通过核心含钢率相等的原则，提出分散式钢棒核心钢骨混凝土柱，着重解决其施工难度大、梁柱节点纵筋贯穿等问题，同时其造价也低于前者。为了研究分散式钢棒核心钢骨混凝土柱的抗震性能，本文对其进行了试验研究及数值模拟。 本文通过建立分散式钢棒核心钢骨混凝土柱、型钢混凝土柱及普通混凝土芯柱的试验构件，对其进行低周反复荷载试验，研究了该三种压弯构件的抗震性能。分析了试验构件的破坏形态、滞回曲线、耗能性能、抗力衰退、刚度退化、骨架曲线及延性系数对构件抗震性能的影响，对比分析了分散式钢棒核心钢骨混凝土柱的抗震性能。 试验结果表明核心钢骨混凝土柱抗震性能良好，其在低周反复荷载作用下均发生压弯破坏，滞回曲线饱满，无明显捏拢现象;同时分散式钢棒混凝土柱和实腹式型钢混凝土柱的抗震性能接近，均好于普通混凝土芯柱;分散式钢棒混凝土柱抗震性能优良，造价低，在高层建筑结构中具有较好的应用前景。 为了进一步研究分散式钢棒混凝土柱的性能，利用通用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性有限元分析，介绍了材料模型、有限元模型的建立、划分单元、加载到求解等步骤，对比试验数据验证了本文所建立的有限元模型的正确性，对分散式钢棒核心钢骨混凝土柱进行了参数分析。 分析结果表明：本文建立的采用约束混凝土本构关系的有限元计算模型能够很好的计算出试件的推覆力曲线，并与试验的骨架曲线吻合良好;随着轴压比的增加，试件的水平极限承载力先增加后减小符合压弯柱破坏规律;延性系数逐渐减小，柱的延性性能逐渐降低;水平极限承载力随着核心含钢率、混凝土强度等级的提高而增大，核心钢棒屈服强度影响不明显;延性系数随着核心含钢率、混凝土强度等级的提高而减小，随着核心钢棒屈服强度的增大而增大;分散式钢棒核心钢骨混凝土柱水平极限承载力受轴压比和混凝土强度的影响明显，而含钢率和核心钢棒屈服强度对水平极限承载力影响很小;延性系数是一个比较敏感的指标，受各种因素的影响非常明显。