部分预制装配型钢混凝土柱基本受力行为与设计理论研究

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部分预制装配型钢混凝土(PartiallyPrefabricatedSteelReinforceConcrete,简称PPSRC)柱是预先制作预制型钢混凝土柱外壳,待运输至工地安装后再现浇内部混凝土的一种新型构件。该构件形式能有效减少现场施工工序,解决全预制装配型钢混凝土柱整体性差、抗震性能不足的关键问题,切实推动型钢混凝土柱的工业预制化进程。目前,国内外关于PPSRC柱的受力性能研究较少,极大地制约了其应用和推广。本文结合试验研究、数值模拟以及理论分析,对PPSRC柱的基本力学行为和设计理论进行深入研究:
  完成了18个PPSRC柱在轴向荷载作用下的轴压性能试验,并通过ABAQUS有限元分析软件着重研究了内部现浇混凝土强度、箍筋间距、栓钉布置、截面形式等关键参数对轴压性能的影响规律。进一步结合试验结果和数值分析结果,对PPSRC轴压柱正截面应力分布进行深入分析,提出了PPSRC柱“刚心区”混凝土约束本构模型,并建立了考虑型钢和箍筋对混凝土约束作用的PPSRC柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果及有限元模拟值吻合较好,验证了所建立公式的准确性。
  完成了14个PPSRC柱在偏心荷载下的受压性能试验,全面考察了内部现浇混凝土强度、偏心距、截面类型等关键参数对PPSRC柱偏压性能的影响,并进行了大量的参数分析,进一步分析了含钢率、外壳预制率对PPSRC柱偏压承载力的影响规律。基于叠加法建立了PPSRC柱的正截面偏压承载力和使用阶段截面弯曲刚度计算方法,计算结果与试验值吻合较好。
  根据PPSRC柱在大小偏压荷载下的界限破坏理论,在考虑箍筋对混凝土约束作用的基础上,推导了考虑箍筋约束作用的PPSRC柱轴压比限值计算公式,并给出了轴压比限值建议值。
  完成了18个PPSRC柱在轴力和剪力作用下的受剪性能试验,着重考察了不同现浇混凝土强度、剪跨比、轴压比、截面形式下PPSRC柱的受剪性能。基于钢筋混凝土柱桁架-拱模型,提出了PPSRC柱的压剪承载力分析模型,该模型考虑了桁架部分、拱部分和型钢部分的变形协调以及轴压力对柱斜压角的影响,采用该模型计算的受剪承载力计算结果与试验值较为吻合,可用于PPSRC柱斜截面受剪承载力计算。
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