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配螺旋箍筋方钢管混凝土柱计算方法及试验研究

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方钢管混凝土柱中钢管边中部对核心混凝土的约束较弱,使得方钢管混凝土柱中核心混凝土的抗压强度不能得到充分发挥。为了充分发挥方钢管混凝土柱中核心混凝土抗压强度和塑性变形能力,在方钢管混凝土柱中配置螺旋箍筋来有效约束核心混凝土,从而提高方钢管混凝土柱的承载力和塑性变形的能力。

因此,本文通过试验研究了方钢管混凝土及配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的力学性能和破坏模式,及方钢管混凝土及配螺旋箍筋方钢管混凝土柱承载力的计算方法。通过试验研究结果表明:相对方钢管混凝土柱而言,配螺旋箍筋方钢管混凝土柱承载力有较大程度的提高,最大提高幅度为41%;由于螺旋箍筋对核心混凝土的约束作用使得配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的横向应变小于方钢管混凝土的横向应变;配螺旋箍筋后使得方钢管对核心混凝土的约束效应增强,配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的上部到下部截面横向应变比方钢管混凝土柱变化均匀;相对于增加螺旋箍筋直径来说,减小螺旋箍筋间距可更有效的增加配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的极限承载力和延性。在钢管混凝土柱计算方法中,叠加理论计算公式简单明了,容易在实际工程中采用。

但方钢管对核心混凝土的约束效应对承载力的影响在叠加原理中并未得到体现。因此本文研究的计算理论主要以叠加理论为基础,通过把方钢管混凝土柱的核心混凝土分为有效约束区和非有效约束区,对有效约束区的核心混凝土采用有侧向约束的强度,来考虑钢管的约束效应对方钢管混凝土柱承载力影响的计算方法,并将有效约束区、非有效约束区和方钢管三部分的承载力相互叠加,推导出方钢管混凝土短柱的承载力计算公式。

通过相同的方法将配螺旋箍筋的方钢管混凝土柱的核心混凝土分为三部分:方钢管和螺旋箍筋共同作用的有效约束区、单独螺旋箍筋作用的有效约束区和非有效约束区,并将方钢管和螺旋箍筋共同作用的有效约束区、单独螺旋箍筋作用的有效约束区、非有效约束区和方钢管四部分的承载力相互叠加,推导出配螺旋箍筋的方钢管混凝土柱的承载力计算公式。通过将方钢管混凝土柱等效为圆钢管混凝土柱,并将极限平衡理论首次应用在方钢管混凝土柱的承载力计算中,按照上述方法把核心混凝土分为有效约束区和非有效约束区,通过钢管的Von Mise屈服条件和方钢管混凝土柱的承载力的平衡条件,推导得出方钢管混凝土柱的理论计算公式。

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