型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究

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1、型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究第一章绪论1.1引言根据使用材料的不同，习惯上把结构体系分为木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构(预应力混凝土结构)、钢结构四大传统结构。随着工程结构的发展，钢-混凝土组合结构的应用日益广泛，经过多年的研究与工程实践，其已发展成为第五大结构体系。型钢混凝土（SteelReinforcedConcrete，简称SRC）结构是指在钢筋混凝土内部配置型钢作为钢骨，使其协同作用来抵抗外部作用的组合结构体系，这种结构体系是钢-混凝土组合结构体系中应用最广泛、研究最多的结构形式之一。这种结构形式，欧洲、美国等西方国家将其称为混凝土包钢结构，前苏联称其为劲性钢筋混凝土结构

2、，日本则称其为钢骨钢筋混凝土结构。我国一般称之为型钢混凝土（SRC）结构[1-5]。.......1.2型钢混凝土结构的分类和特点1.2.1型钢混凝土结构的分类依照混凝土内部置入型钢截面形式的不同，可以将SRC结构分为实腹式和空腹式两大类。实腹式型钢截面一般有通过轧制或者焊接成的H型、十字型、口子型、带翼缘T字形等。实腹式SRC构件的型钢腹板能够抵抗较大的剪力，在抗震性能方面具有较大的优越性。空腹式型钢截面一般是用缀条或者缀板将角钢或者小型钢连接成格构式钢骨架。其受力性能和钢筋混凝土构件基本相同。相比而言，虽然空腹式的SRC构件节约钢材，但实腹式SRC构件具有承载力较大、施工简单、良好的延性及

3、其耗能能力，一般的抗震结构中普遍采用实腹式型钢。图1.1所示为常用的实腹式SRC构件的截面形式[6]。SRC结构的型钢与钢筋混凝土粘结成为整体，共同抵抗受力，使得各自的优势强度都得到充分利用。由于组合效应的存在，其受力性能也优于钢筋混凝土和型钢的简单叠加：（1）将型钢布置在受拉侧，发挥钢材抗拉强度高的优势；将混凝土布置在受压侧，充分发挥混凝土的抗压强度高的特点。（2）混凝土对型钢提供侧向支撑，防止型钢局部发生屈曲，型钢的稳定性得到提高，改善了型钢受压易发生失稳破坏的缺陷；(3)型钢对混凝土提供约束,使混凝土处于双向受压甚至三向受压，由两向应力状态下普通混凝土的K-G破坏准则和三轴受压应力应变曲

4、线可知，混凝土的抗压强度较单轴受压得以提高,如图1.2所示。......第二章型钢混凝土柱复合受扭试验方案设计2.1概述对已有的地震灾害的研究表明，建筑或者构筑物的损毁一般都是在轴力、剪力、弯矩、扭矩复合作用下发生的破坏，扭矩的存在，使结构的破坏更加严重[19]。但国内外对于SRC结构的受扭性能研究相对较少且不系统，对纯扭的研究较多，复合受扭的研究较少；对梁构件研究较多，对应用最多的SRC柱构件研究较少。现在的实际工程中，在抗扭薄弱处或者作用有扭矩比较大的地方，只能将SRC结构构件的抗扭刚度增大，但刚度越大所分得的外力也越大，这样设计的结构要么安全性得不到保证，要么不经济。为了了解型钢混凝土柱

5、在压弯剪扭复合作用下的受扭性能，本文以是否配置型钢、轴压比、扭弯比、配箍率、有无栓钉为设计参数，对1根钢筋混凝土对比柱，7根SRC柱进行了在低周反复荷载作用下试验研究。实验目的：（1）对比分析配置型钢对钢筋混凝土柱的受扭性能的影响和承载力的改善作用。（2）观察SRC柱在复合受扭作用下的破坏形态和特征，研究其破坏机理。（3）研究SRC柱在不同设计参数情况下的扭矩-扭率滞回曲线；扭矩-扭率骨架曲线；型钢、纵筋、箍筋、混凝土的扭矩-应变曲线等。（4）研究SRC柱在低周反复荷载作用下的耗能能力、变形能力和刚度退化。（5）研究在不同设计参数情况下的开裂扭矩、极限扭矩，推导出相应开裂扭矩和极限扭矩的计算公

6、式。......2.2试件的设计和制作为了比较配置型钢、轴压比、扭弯比、配箍率、栓钉对试件受扭性能的影响，本次试验制作了1根钢筋混凝土对比柱、7根H型钢混凝土柱，参考相关文献[8,13,34]，确保试件最终的破坏形态为扭型破坏，而非受弯破坏和受剪破坏，同时所配置的钢筋能够屈服。所有试件柱身的截面尺寸为bh=300mm300mm，柱高H=1300mm，测试区段柱高1220mm。在型钢底部焊接了240mm600mm8mm的矩形钢板，以确保型钢与混凝土的连接力，也更符合工程实际。为了便于固定构件，柱底部制作了一个长方形基础，截面尺寸为440mm500mm1200mm。为了顺利的施加扭矩及防止局压破坏

7、，柱顶部向下200mm外包了10mm厚的钢帽，对柱头起到约束作用，如图2.1所示。钢筋混凝土试件柱身配置纵筋为1212，箍筋为850。SRC试件柱身纵筋配置相同，为812，沿柱四边均匀分布，箍筋采用两种配筋方式：有6根柱箍筋为8100，1根柱（HSRCZ2-4d）箍筋为850。试件具体设计参数见表2.1、图2.2。所有试件的混凝土强度设计等级为C40，保护层厚度取20mm。型钢选用轧制H型钢，强度