蜂窝状钢骨混凝土十字形柱抗剪性能研究

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对于蜂窝状钢骨混凝土异形柱而言,由于其创造性的在传统钢骨混凝土异形柱型钢腹板上开设孔洞,延缓了界面滑移,增强了混凝土与钢骨二者的协同工作能力,使构件受力更为合理,具有较好的工程应用前景。通过对国内外多次大震的研究发现,柱子在地震时会发生较为严重的剪切破坏,并造成重大的人员伤亡和财产损失。因此,研究蜂窝状钢骨混凝土十字形柱在横向荷载作用下的抗剪性能,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。  本文首先运用有限元软件ANSYS,建立了蜂窝状钢骨混凝土T形柱有限元仿真模型,通过将试验与有限元仿真模拟二者所得荷载-位移曲线进行对比,验证了所建有限元模型的正确性;然后在蜂窝状钢骨混凝土十字形柱有限元仿真模型的基础上,通过改变翼缘肢平移系数、剪跨比、混凝土强度等级、钢材强度、轴压比、配钢率、配箍率、纵向钢筋配筋率、钢骨腹板高厚比、腹板肢高厚比、腹板肢型钢腹板开洞率以及翼缘肢型钢腹板开洞率等主要影响十字形柱抗剪承载力的因素,对建立的40个十字形柱有限元仿真模型进行了抗剪性能的研究,得到了相应荷载-位移曲线的变化规律;在所得大量计算分析数据的基础上,推导了可供工程应用参考的蜂窝状钢骨混凝土十字形柱抗剪承载力计算公式;对全文所得研究成果进行了归纳与总结,在此基础上,对未来仍需深入研究的相关问题进行了展望。  研究发现:十字形柱的抗剪性能随翼缘肢平移系数、混凝土强度等级、钢材强度、轴压比、配钢率、配箍率、纵向钢筋配筋率以及腹板肢高厚比的增大而增大,随着剪跨比、钢骨腹板高厚比、腹板肢以及翼缘肢型钢腹板开洞率的增大而降低;改变翼缘肢平移系数、剪跨比、混凝土强度等级、钢材强度、配钢率、腹板肢高厚比以及腹板肢型钢腹板开洞率对其抗剪承载力会产生较大影响;相比之下,改变轴压比、配箍率、纵向钢筋配筋率、钢骨腹板高厚比以及翼缘肢型钢腹板开洞率则对其抗剪承载力影响较小;实际工程中,建议十字形柱的混凝土强度等级不高于C50,采用Q235或Q345钢材,腹板肢高厚比不大于4,腹板肢型钢腹板开洞率控制在30%以内为宜。
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