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鋼管混凝土是鋼管套箍混凝土的簡(jiǎn)稱，是由混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)形成的組合結(jié)構(gòu)。由于鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用，使混凝土處于雜的應(yīng)力狀態(tài)之下，從而使混凝土強(qiáng)度得到提高，塑性和韌性大為改善，此類結(jié)構(gòu)在高層建筑、工業(yè)廠房、橋梁等工程中的應(yīng)用日益廣泛。在設(shè)計(jì)中，軸壓比和套箍系數(shù)是影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)。研究設(shè)計(jì)制作了一單跨、兩開間、8層圓鋼管混凝土柱-Ｈ鋼梁框架結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，并運(yùn)用大型有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果符合較好。
為探索軸壓比和套箍系數(shù)對(duì)鋼管混凝土框架抗震性能的影響，運(yùn)用該有限元模型，通過(guò)改變軸壓比和套箍系數(shù)，分析這兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)框架地震反應(yīng)的影響。由于在地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)層間位移反應(yīng)大小是決定結(jié)構(gòu)破壞程度的關(guān)鍵指標(biāo)，因此本研究只論述了軸壓比和套箍系數(shù)對(duì)鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)位移和層間位移反應(yīng)的影響，而未涉及加速度、應(yīng)變等反應(yīng)。
在地震作用下鋼管混凝土柱可以看成雙向壓彎構(gòu)件，模型試驗(yàn)中所用鋼材為Q235低碳鋼，故受壓本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型，受拉本構(gòu)關(guān)系采用由彈性階段、塑流階段、應(yīng)變強(qiáng)化階段和二次塑流階段構(gòu)成的四段式模型，數(shù)學(xué)表達(dá)式。
核心混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的特征主要和約束效應(yīng)系數(shù)有關(guān)：ξ值越大，鋼管對(duì)核心混凝土提供的約束越強(qiáng)，受力過(guò)程中隨著變形的增加，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線下降段出現(xiàn)得越晚，甚至不出現(xiàn)下降段；反之，ξ值越小，鋼管對(duì)核心混凝土提供的約束越小，受力過(guò)程中混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線下降段出現(xiàn)得越早.基于上述關(guān)系，本研究充分考慮了約束效應(yīng)的影響，采用韓林海提出的核心混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型。
多數(shù)研究者在分析鋼管混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)都假設(shè)鋼管與核心混凝土之間完全粘結(jié)(如Ｓｈａｋｉｒ-Ｋｈａｌｉｌ和Ｚｅｇｈｉｃｈｅ)，少數(shù)研究者在鋼單元和混凝土單元之間加入滑移單元(Ｓｌｉｐ-ｅｌｅｍｅｎｔ)或間隙單元(Ｇａｐ-ｅｌｅｍｅｎｔ)，結(jié)果表明，考慮界面之間的粘結(jié)滑移性能對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)整體性能的影響很小，本模型中假設(shè)鋼管與核心混凝土之間完全粘結(jié)。
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