鋼管混凝土異形柱力學(xué)性能研究進(jìn)展

鋼管混凝土異形柱力學(xué)性能研究進(jìn)展

1鋼管混凝土異形柱的設(shè)計(jì)和施工異常柱主要存在于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋（2-4層別墅數(shù)量較多）。該柱的布局靈活，墻體平整美觀，空間使用更合理。為了保證戶(hù)型的美觀和房屋的實(shí)際使用功能，大多時(shí)候異形柱的寬度與兩側(cè)的墻厚一致，因此異形柱較矩形柱的雙向剛度都有所減弱，進(jìn)而其承載力有明顯的降低。如果使異形柱的寬度增加，其性質(zhì)又接近短肢剪力墻，使其成本上升，經(jīng)濟(jì)性較差。鋼管混凝土具有造型簡(jiǎn)單、施工方便等特點(diǎn)，其最大的優(yōu)勢(shì)就是使鋼材和混凝土實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合。鋼材的套箍作用約束了混凝土的變形，提高了混凝土的承載能力和延性;混凝土良好的耐火性也可防止因鋼材耐火性差導(dǎo)致構(gòu)件破壞房屋倒塌的現(xiàn)象發(fā)生。如果合理的采用鋼管混凝土形成異形柱一定會(huì)改變鋼筋混凝土異形柱在承載力不足的問(wèn)題。對(duì)于鋼管混凝土異形柱我國(guó)的一些學(xué)者和研究人員已經(jīng)有所涉獵，但用現(xiàn)有的研究成果去指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工任重而道遠(yuǎn)。本文就將對(duì)鋼管混凝土異形柱現(xiàn)有的研究成果做一簡(jiǎn)單的綜述，為以后研究提供一些幫助。2鋼管和加勁肋類(lèi)型鋼管混凝土異形柱樣式較多，根據(jù)其形狀主要分為:L形、T形、十字形;根據(jù)鋼管的位置分為:鋼管外箍式和方鋼管組合式;對(duì)于是否設(shè)置加勁肋分為:有加勁肋和無(wú)加勁肋兩種類(lèi)型(見(jiàn)圖1)。鋼管混凝土異形柱除了以上的型式外，還有一種由單肢鋼管混凝土柱通過(guò)鋼板或綴條相互連接的型式(見(jiàn)圖2)。3研究方法和成果3.1試驗(yàn)結(jié)果與分析2009年同濟(jì)大學(xué)的林震宇根據(jù)不同的軸壓比和有無(wú)加勁肋的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)了7根L形外箍式鋼管混凝土柱，采用擬動(dòng)力試驗(yàn)對(duì)7根L形外箍式鋼管混凝土柱進(jìn)行了抗震性能的研究，得到了加勁肋對(duì)L形外箍式鋼管混凝土柱的承載力、延性和抗震性能均有提高2019年山東建筑大學(xué)的王周泰設(shè)計(jì)了9個(gè)試件，以長(zhǎng)細(xì)比，偏心率，含鋼率和彎矩的作用方向?yàn)榭刂谱兞?，通過(guò)這些變量來(lái)研究其偏心受壓能力。首先，異形柱在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)平面外失穩(wěn)，體現(xiàn)其良好的穩(wěn)定能力;其次，長(zhǎng)細(xì)比的不同呈現(xiàn)了不同的破壞形式，主要出現(xiàn)了剪切破壞和彎曲破壞兩種形式。到達(dá)極限狀態(tài)時(shí)，彎曲變形對(duì)構(gòu)件的影響比扭轉(zhuǎn)變形的影響更加明顯，扭轉(zhuǎn)變形的影響可忽略不計(jì);最后，試驗(yàn)結(jié)果表明偏心距、含鋼率、長(zhǎng)細(xì)比對(duì)其力學(xué)性能的影響依次降低2019年山東建筑大學(xué)的李明洋對(duì)5組L形方鋼管組合式鋼管混凝土柱進(jìn)行了軸向壓力靜載試驗(yàn)，得到結(jié)論如下:首先，長(zhǎng)細(xì)比不同的構(gòu)件的破壞形式趨于一致，均出現(xiàn)了整體和局部失穩(wěn)，只是出現(xiàn)的順序不盡相同。長(zhǎng)細(xì)比較小的構(gòu)件先出現(xiàn)局部失穩(wěn)，而長(zhǎng)細(xì)比較大的構(gòu)件先出現(xiàn)整體失穩(wěn);其次，對(duì)于含鋼率和混凝土強(qiáng)度較高的構(gòu)件，其承載力高、穩(wěn)定性更好，這與我們的專(zhuān)業(yè)常識(shí)相一致，并且其強(qiáng)化階段更加明顯，這里長(zhǎng)細(xì)比較大的構(gòu)件的承載力較長(zhǎng)細(xì)比較小的構(gòu)件的承載力要差，同時(shí)失穩(wěn)也更加明顯;最后，所有試驗(yàn)過(guò)程中，均沒(méi)有出現(xiàn)鋼管撕裂現(xiàn)象，證明鋼管混凝土異形柱的受力性能優(yōu)良2019年天津大學(xué)的周婷在ANSI/AISC360-05,GB50936和DB29等計(jì)算方法的基礎(chǔ)上增加DB29疊加理論得到了鋼管混凝土異形柱的計(jì)算公式和單肢失穩(wěn)的計(jì)算方法。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)計(jì)算公式的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果吻合良好2019年宿遷學(xué)院的朱浩對(duì)圖2中的L形鋼管混凝土異形柱的軸心受力進(jìn)行了研究，得到了該柱的荷載—豎向位移曲線、豎向應(yīng)力—應(yīng)變曲線和水平位移曲線，得出了以下結(jié)論:1)該柱破壞時(shí)只出現(xiàn)了局部失穩(wěn)，并未出現(xiàn)整體失穩(wěn);2)在構(gòu)件破壞時(shí)產(chǎn)生了較大形變，并且能夠繼續(xù)提供一定的承載力，證明該種鋼管混凝土異形柱具有良好的延性;3)得到該柱的極限承載力，證明該種鋼管混凝土具有良好的承載能力;4)由于連接鋼管混凝土為單鋼，其協(xié)調(diào)變形能力較弱3.2方鋼管混凝土組合異形柱建模及力學(xué)性能2019年?yáng)|北石油大學(xué)的李文ABAQUS軟件模擬了6組L形、T形外箍式鋼管混凝土柱的力學(xué)性能研究，主要研究了含鋼率對(duì)L形、T形外箍式鋼管混凝土柱的力學(xué)性能研究的影響。模擬結(jié)果表明含鋼率對(duì)L形、T形外箍式鋼管混凝土柱的力學(xué)性能改善并不理想，因此可以通過(guò)降低含鋼率來(lái)節(jié)約外箍式鋼管混凝土柱的經(jīng)濟(jì)成本文獻(xiàn)文獻(xiàn)2019年天津大學(xué)的趙炳震運(yùn)用等效剛度和實(shí)際建模的方法對(duì)圖2型式的方鋼管混凝土組合異形柱進(jìn)行分析。得到了方鋼管混凝土組合異形柱的周期、抗側(cè)剛度、層間剪力、剪重比、位移角和位移比等指標(biāo)一致。驗(yàn)證了方鋼管混凝土組合異形柱建模方法的合理性，為后續(xù)的研究提供了基礎(chǔ)2019年商丘工學(xué)院的宗景美模擬了9組鋼管混凝土異形柱構(gòu)件，對(duì)柱子的寬度、長(zhǎng)度和高度三方面因素對(duì)其抗震性能的影響進(jìn)行了研究。首先，利用ABAQUS建立1∶2的有限元模型，其采用二次實(shí)體單元C3D20R，該單元較為高效可計(jì)算一般的分析工作。文獻(xiàn)4多層裝修的應(yīng)用前景我國(guó)在鋼管混凝土異形柱的研究已經(jīng)取得了一些成果，尤其是它的力學(xué)性能，主要表現(xiàn)在它豎向的承載力和抗震性能上，也在多方面上證明它可以彌補(bǔ)鋼筋混凝土的缺點(diǎn)和不足，因此它未來(lái)在多層別墅中的應(yīng)用還是有很廣闊的前景。但就目前