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角钢加强的十字形截面钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

作　者: 魏晓斌
导　师: 李琪
学　校: 扬州大学
专　业: 结构工程
关键词: 角钢加强十字形截面非线性仿真模拟计算公式抗震分析
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
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内容摘要

2010年海地地震和智利地震的震后受灾程度截然不同,再次反映建筑结构抗震设防的标准、社会防灾减灾的应急措施以及人民的安全逃生意识都直接关系到地震带来的人员伤亡和财产损失;08年我国汶川特大地震,系新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,人员伤亡惨重,经济损失巨大。地震中建筑、道路和桥梁的破坏不仅会造成巨大的经济损失和环境破坏,绝大多数人员的伤亡也是由于建筑物的破坏或倒塌造成的。汶川特大地震的震害也给我们再次敲响了抗震设防的警钟。因此,如何实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,一直是从事结构抗震研究人员探索的课题。我国仍是一个发展中国家,在经济快速发展的同时,人们对建筑结构抗震性能的要求在不断提高。异形柱框架结构是目前提倡使用的结构形式,广泛应用与高档住宅和宾馆,但异形柱自身的一些不足也限制了其适用范围,我国现行行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》中规定的异形柱框架适用高度较普通框架要低。基于异形柱结构在国内的应用现状,以及其发展前景的需要,如何改善异形柱框架结构的抗震性能、提高其应用范围,是一门值得深入探讨的课题。本文抛弃传统在异形柱内配置钢板、工字钢等型钢的手段,拟采用在异形柱中配置适量的角钢,以在少量增大其截面配钢率的情况下,较大幅度地提高其抗震性能,从而增加异形柱结构的适用范围,在抗震性能和经济性以及施工的方便性中寻求一个平衡点。本文以十字形截面异形柱为研究对象,主要进行了以下三个方面的研究工作:(1)选取异形柱框架体系中的十字形截面柱,通过5根模型柱(其中4根经过角钢加强)的低周反复荷载试验,得到了试验柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态。根据试验,分析了角钢加强的十字形截面异形柱的延性、滞回特性、耗能能力、承载力退化、刚度退化。在探讨了是否配置角钢、轴压比、配钢率、配钢型式等因素对十字形截面异形柱延性、承载力和变形能力影响的基础上,建立了角钢加强的十字形截面异形柱的恢复力模型。(2)运用ANSYS10.0对模型柱的试验全过程进行非线性仿真分析。从试件各阶段的强度指标值和应力-应变曲线比较模拟值与试验值。结果表明,ANSYS的模拟计算结果与试验结果吻合度较好。(3)建立了对角钢加强的十字形截面异形柱的偏心受压正截面承载力计算公式,提出了截面承载力调整系数的概念,并通过试验柱作算例进行计算,比对试验结果,发现公式计算误差能满足工程计算精度。研究表明角钢加强下的试验柱具有较好的抗震性能,且提高明显;角钢能与混凝土协同工作,截面符合正截面假定;正截面承载能力的计算和非线性模拟均符合试验模型,为进一步的研究提供了铺垫。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-27
  1.1 引言  13-14
  1.2 异形柱的概述  14-16
  1.3 国外异形柱的研究情况  16-17
  1.4 国内异形柱的研究情况  17-22
    1.4.1 异形柱双向偏心受压正截面承载力的研究  18-19
    1.4.2 异形柱斜截面受剪承载力的研究  19-21
    1.4.3 异形柱的抗震性能研究  21-22
  1.5 型钢混凝土异形柱的研究情况  22-25
  1.6 本文选题背景和主要工作  25-26
    1.6.1 本文选题背景  25
    1.6.2 本文的主要工作  25-26
  1.7 本章小结  26-27
第二章试件设计与试验方案  27-36
  2.1 试验目的和试验方法  27
    2.1.1 试验目的  27
    2.1.2 试验方法  27
  2.2 试件的设计和制作  27-31
    2.2.1 试件的设计  27-29
    2.2.2 试件的制作  29-31
  2.3 试验材料的力学性能  31-32
    2.3.1 混凝土  31
    2.3.2 钢筋与角钢  31-32
  2.4 试验的主要内容  32-34
    2.4.1 测试内容  32
    2.4.2 测试方法  32-33
    2.4.3 控制荷载的确定  33-34
  2.5 加载方案  34-35
    2.5.1 加载装置  34
    2.5.2 加载制度  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章试验结果与分析  36-50
  3.1 试验结果  36-41
    3.1.1 裂缝开展及破坏形态  36-37
    3.1.2 正截面承载力试验过程  37-41
  3.2 钢筋及型钢应变分析  41-43
  3.3 滞回曲线分析  43-45
  3.4 延性分析  45-46
  3.5 承载力和刚度退化  46-48
  3.6 耗能能力分析  48
  3.7 结论  48-49
  3.8 本章小结  49-50
第四章试验柱非线性有限元分析  50-60
  4.1 试验柱有限元模型建立  50-55
    4.1.1 模型和材料单元的选取  50-51
    4.1.2 材料的本构模型  51-52
    4.1.3 Solid65 单元的裂缝模型  52-55
    4.1.4 破坏准则  55
  4.2 有限元模型的加载控制  55-56
  4.3 后处理结果及分析  56-59
    4.3.1 各阶段承载力  56-58
    4.3.2 试件ZL-3 应力云图  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章试验柱抗震性能分析  60-66
  5.1 引言  60
  5.2 不同试验因素水平下延性的比较  60-62
    5.2.1 是否配置角钢  60
    5.2.2 轴压比  60-61
    5.2.3 配钢率  61
    5.2.4 配钢型式  61-62
  5.3 承载能力的比较  62
  5.4 变形能力分析  62-63
  5.5 恢复力模型  63-65
  5.6 结论  65
  5.7 本章小结  65-66
第六章试验柱正截面极限承载力计算  66-72
  6.1 引言  66
  6.2 大偏心受压构件  66-68
  6.3 小偏心受压构件  68-69
  6.4 承载力调整系数ζ_a  69-70
  6.5 算例分析  70-71
  6.6 本章小结  71-72
第七章结论与展望  72-74
  7.1 本文主要结论  72-73
  7.2 展望  73-74
参考文献  74-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81

角钢加强的十字形截面钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

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