钢管混凝土柱论文提纲

论文题目：加强截面的方钢管混凝土柱轴压试验研究

摘要：方钢管混凝土柱具有节点构造简单、施工方便、与梁连接容易等优点,但相对于圆钢管混凝土柱,其承载力和延性较差。采用截面加强措施来提高方钢管混凝土柱的受力性能是一种有效的方式。目前,关于加强截面的方钢管混凝土柱的研究方兴未艾,是钢—混凝土组合结构研究的热点问题之一。本文针对不同加强截面的方钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究。研究了主流的五种截面加强措施对轴压下方钢管混凝土柱的极限承载力、刚度、延性、局部屈曲特性等受力性能的影响。在试验研究的基础上,进一步对各类加强截面的方钢管混凝土柱的轴压性能进行了横向对比和合理评估,为加强截面的方钢管混凝土柱在工程实践中的应用提供参考。基于上述研究,本文的主要结论如下:（1）相对普通方钢管混凝土柱,设置加强措施的方钢管混凝土柱的极限承载力均有不同幅度的提高。在相同的用钢量下,采用约束拉杆、采用对拉钢板、设置三个钢板内肋、设置三个钢板外肋、内置斜拉杆、内置单钢板肋、采用全包式CFRP和条带式CFRP的方钢管混凝土柱的极限承载力分别提高了43%、38%、36%、34%、31%、30%、12%和4%。其中,采用约束拉杆的方钢管混凝土柱的极限承载力提高幅度最大,采用条带式CFRP的方钢管混凝土柱的极限承载力提高幅度最小。另外,采用对拉钢板、钢板肋、斜拉杆和全包式CFRP等措施亦使极限承载力有较大幅度提高。（2）在相同的用钢量下,设置斜拉杆、约束拉杆、对拉钢板、条带式CFRP和内单钢板肋的方钢管混凝土柱的延性分别提高了15.49倍、10.47倍、10.11倍、5.28倍和60%。即采用斜拉杆的方钢管混凝土柱的延性提高幅度最大,采用约束拉杆、对拉钢板和条带式CFRP亦使柱的延性大幅度提高。而设置三个钢板内肋、三个钢板外肋和全包式CFRP的方钢管混凝土柱的延性相对普通方钢管混凝土柱却略微小幅下降。（3）在相同的用钢量下,各类加强截面的方钢管混凝土柱的荷载-轴向整体应变曲线的形状可大致分为四种类型。其中,设置钢板肋的方钢管混凝土柱为“上升—下降—水平”型。设置对拉钢板、采用条带式CFRP和全包式CFRP的方钢管混凝土柱为“上升—下降—缓慢上升”型。设置斜拉杆的方钢管混凝土柱为“上升—下降—缓慢上升—下降”型。设置约束拉杆的方钢管混凝土柱为“上升—下降—小幅波动—下降”型。（4）普通方钢管混凝土柱局部屈曲集中在柱中,屈曲半波长约为试件的截面宽度,且屈曲的程度十分严重。而加强截面的方钢管混凝土柱的局部屈曲集中在柱中和柱端,且屈曲半波长较小和屈曲程度较轻。即各类截面加强措施的设置改变了方钢管混凝土柱的屈曲模态,增强了钢管的局部稳定性,增大了钢管对核心混凝土的约束作用,推迟了钢管的局部屈曲的发生。其中,设置对拉钢板和内单钢板肋试件的钢管屈曲程度最轻。（5）相对普通方钢管混凝土柱,加强截面的方钢管混凝土柱的初始刚度均有不同幅度的提高。在相同的用钢量下,设置三个钢板内肋、内置单钢板肋、设置对拉钢板、采用条带式CFRP、设置三个钢板外肋、内置斜拉杆、采用约束拉杆和全包式CFRP分别使柱构件初始刚度提高了26%、20%、14%、13%、10%、7%、6%和3%。即设置三个钢板内肋的方钢管混凝土柱的初始刚度提高幅度最大,而全包式CFRP方钢管混凝土柱的初始刚度提高幅度最小。（6）相对普通方钢管混凝土柱,即使降低75%的斜拉杆的用钢量,设置斜拉杆方钢管混凝土柱的极限承载力仍提高了33%,延性仍提高了24%。另外,研究表明在斜拉杆间距不变的情况下,斜拉杆的用钢量增加,柱的极限承载力提高不甚明显,但延性却提高显著。（7）相对普通方钢管混凝土柱,即使降低75%的约束拉杆用钢量,设置约束拉杆的方钢管混凝土柱的极限承载力仍提高了15%,延性仍提高了6.06倍。约束拉杆用钢量的增加,柱的极限承载力和延性均进一步提高。（8）首次提出了“承载力和延性综合指标β”,用以评估加强截面的方钢管混凝土柱的整体受力性能。在相同的用钢量下,研究表明设置斜拉杆的方钢管混凝土柱的整体受力性能最好,设置约束拉杆、对拉钢板和条带式CFRP的方钢管混凝土柱次之,设置钢板肋的方钢管混凝土柱再次之,而采用全包式CFRP的方钢管混凝土柱的整体受力性能最差。

关键词：方钢管混凝土柱;加强措施;延性;极限承载力;轴压性能;局部屈曲

学科专业：建筑与土木工程（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.2.1 钢管混凝土的特点

1.2.2 研究意义

1.3 方钢管混凝土柱的研究现状

1.3.1 方钢管混凝土柱静力性能的研究现状

1.3.2 方钢管混凝土柱抗震性能的研究现状

1.3.3 方钢管混凝土柱抗火性能及抗冲击性能的研究现状

1.4 加强截面的方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.1 带肋方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.2 带对拉钢板方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.3 带约束拉杆方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.4 带斜拉杆方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.5 FRP约束方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.6 其他加强截面的方钢管混凝土柱的研究现状

1.4.7 小结

1.5 本文主要研究内容

第二章 加强截面的方钢管混凝土柱试件设计制作及试验方案

2.1 概述

2.2 试件设计

2.3 试件制作

2.3.1 加强截面的方形CFST柱及普通CFST柱钢管的制作

2.3.2 应变片的粘贴及防水防撞

2.3.3 混凝土浇筑及养护

2.3.4 FRP布及FRP条带的裁剪及粘贴

2.4 试验材料的性能

2.4.1 钢板、约束拉杆、斜拉杆的材料性能

2.4.2 CFRP布的材料性能

2.4.3 混凝土的材料性能

2.5 应变片、位移计布置

2.6 试验加载方案

2.7 本章小结

第三章 加强截面的方钢管混凝土柱轴压试验结果和分析

3.1 概述

3.2 试验现象和局部屈曲模态

3.2.1 各试件的试验现象及破坏形态

3.2.2 钢管的局部屈曲模态

3.3 试验结果分析

3.3.1 试验的主要结果

3.3.2 荷载-轴向应变关系曲线

3.3.3 轴向应变-环向应变关系曲线

3.3.4 荷载-钢管角部、中部环向应变关系曲线

3.3.5 荷载-约束拉杆应变曲线

3.3.6 试件的极限承载力N_(ue)和钢管首次屈曲时对应的荷载

3.3.7 残余承载力N_(re)

3.3.8 组合弹性模量和初始刚度

3.4 本章小结

第四章 加强截面的方钢管混凝土柱承载力及延性评估

4.1 承载力评估

4.2 延性评估

4.3 加强截面的方钢管混凝土柱整体受力性能评估

4.4 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢