双空间钢构架混凝土组合柱复合受扭性能试验研究

作     者：张宇阳 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐兴荣

授予年度：2021年

学科分类：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：双空间钢构架混凝土柱 复合受扭 受扭性能 试验研究 有限元分析 承载力计算公式 

摘      要：空间钢构架是由角钢和缀条焊接而成的一种空间轻钢结构,可用空间钢构架代替普通绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土柱。为进一步提高空间钢构架混凝土柱的性能,本文提出一种新型的钢-混凝土组合柱,即双空间钢构架混凝土柱——在空间钢构架混凝土柱中内埋空间钢构架所形成的组合柱。为研究这种新型钢-混凝土组合柱在轴力、弯矩、剪力和扭矩复合作用下的受扭性能,进行了7根双空间钢构架混凝土组合柱试件在轴力、弯矩、剪力和扭矩复合作用下的静力试验,并在试验的基础上进行非线性有限元分析,研究不同参数对双空间钢构架混凝土组合柱复合受扭性能的影响,最后在试验研究和有限元研究的基础上推导了双空间钢构架混凝土组合柱的开裂扭矩和极限扭矩计算公式。本次试验以轴压比、内、外空间钢构架的体积配箍率等为参数设计了7根双空间钢构架混凝土组合柱,并进行了轴力、弯矩、剪力和扭矩复合作用下的静力试验,研究其破坏形态、开裂扭矩、扭矩-扭率曲线等受扭性能。试验结果表明,双空间钢构架混凝土组合柱具有较高的抗扭承载力和抗扭转能力。当其他条件相同时,双空间钢构架混凝土柱在复合受扭作用下的受扭承载力及其扭转角随着轴压比的增大而提高,随着内侧或外侧空间钢构架的体积配箍率的增大而提高。通过ABAQUS软件建立双空间钢构架混凝土组合柱非线性有限元分析模型。在有限元模型验证的基础上,以内、外空间钢构架体积配箍率、内、外空间钢构架体积配钢率、轴压比、扭弯比、扭剪比为参数设计了71个试件并进行有限元模拟,得出各参数对双空间钢构架混凝土组合柱复合受扭性能的影响规律。有限元结果表明,双空间钢构架混凝土复合受扭柱的极限扭矩随内、外空间钢构架体积配箍率、内、外空间钢构架体积配钢率、轴压比、扭弯比、扭剪比的增大而提高。基于试验研究和有限元研究,提出了双空间钢构架混凝土复合受扭柱的开裂扭矩的计算公式,可以用来预测复合受扭柱的开裂扭矩。采用斜压破坏理论等推导双空间钢构架混凝土复合受扭柱的承载力计算公式,公式计算结果偏于安全,适用于实际工程。