压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土异形柱的抗扭性能研究

论文摘要

钢筋混凝土异形柱结构近年来在建筑结构中得到广泛应用,取得了良好的社会效益和经济效益。目前,钢筋混凝土异形柱的正截面承载性能、斜截面承载性能、纯扭性能、抗震性能和抗火性能等已有较多研究,但有关其在压力和扭矩共同作用下抗扭性能方面的研究工作未见文献涉及。钢筋混凝土柱式构件在受扭的同时,通常还承受压力的作用。随着异形柱结构体系的推广和应用,对其在压力和扭矩共同作用下抗扭性能研究有着重要的意义。本文从试验、数值模拟、实用计算三个方面研究钢筋混凝土异形柱在压力和扭矩共同作用下的抗扭性能。本文的主要工作和结论如下:1.进行了9根钢筋混凝土异形柱在压力和扭矩共同作用下抗扭性能试验,其中钢筋混凝土L形柱三根,钢筋混凝土T形柱二根,钢筋混凝土十字形柱一根,素混凝土L形柱、T形柱、十字形柱各一根,分析了轴压比、截面形状和钢筋配置对异形柱抗扭性能的影响规律。试验结果表明:(1)轴压比对钢筋混凝土异形柱的抗扭性能影响较大。轴压比为0.189和0.314的L形柱较轴压比为0.063的开裂扭矩提高了23.7%和73.3%、极限扭矩提高了14.2%和38.7%。轴压比为0.314的T形柱开裂扭矩较轴压比为0.189的提高了71.0%、极限扭矩提高了16.0%。(2)配筋对异形柱的开裂扭矩和极限扭矩都有较大的提高。轴压比为0.189配筋的L形柱、T形柱、十字形柱的开裂扭矩较其相应的素混凝土异形柱分别提高了40.8%、18.9%、26.2%;极限扭矩分别提高了102.0%、106.1%、54.4%。(3)轴压比、横截面面积、配筋率均相同时,钢筋混凝土异形柱的抗扭承载力从大到小依次为L形柱>T形柱>十字形柱。2.利用通用软件ANSYS对不同轴压比的钢筋混凝土十字形柱的抗扭性能进行非线性有限元分析。算例表明:(1) ANSYS对压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土异形柱的开裂扭矩和极限扭矩预测较准。(2)轴压比为0.189、0.314的十字形的开裂扭矩和极限扭矩较轴压比为0.063的分别提高了28.3%、71.9%和79.4%、96.0%。3.借鉴钢筋混凝土矩形截面压扭构件开裂扭矩和极限扭矩的计算方法,采用把异形截面分割为矩形截面的的办法,通过数据回归初步得到钢筋混凝土异形柱开裂扭矩和极限扭矩的计算公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 压弯作用下异形柱的力学性能研究
• 1.2.2 纯扭作用下异形柱的力学性能研究
• 1.2.3 压力和扭矩共同作用下矩形柱的力学性能研究
• 1.2.4 复合受力下钢筋混凝土构件的抗扭分析方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 异形柱压扭性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 构件设计与制作
• 2.2.1 构件设计
• 2.2.2 原材料的力学性能
• 2.2.3 构件制作
• 2.3 试验装置与加载制度
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 加载制度
• 2.4 量测内容与试验步骤
• 2.4.1 量测内容
• 2.4.2 试验步骤
• 2.5 试验现象
• 2.6 试验结果分析
• 2.6.1 荷载与纵筋应变的关系曲线
• 2.6.2 荷载与箍筋应变的关系曲线
• 2.6.3 荷载与扭转角变形的关系曲线
• 2.6.4 素混凝土构件扭矩与混凝土应变的关系曲线
• 2.6.5 开裂扭矩和极限扭矩
• 2.7 本章小结
• 第三章 异形柱压扭力学性能的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 通用有限元软件 ANSYS 简介
• 3.3 异形柱压扭性能的非线性有限元分析
• 3.3.1 单元类型
• 3.3.2 材料性质
• 3.3.3 模型建立
• 3.3.4 计算结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 开裂扭矩和极限扭矩的实用计算研究
• 4.1 概述
• 4.2 开裂扭矩
• 4.2.1 矩形截面素混凝土纯扭构件开裂性能分析
• 4.2.2 压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形柱的开裂扭矩
• 4.2.3 压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土异形柱的开裂扭矩
• 4.3 极限扭矩
• 4.3.1 钢筋混凝土矩形压扭构件的极限扭矩
• 4.3.2 压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土异形柱的极限扭矩
• 4.4 本章小结
• 第五章 结语与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢