l形缀板式钢管混凝土组合柱受力分析

l形缀板式钢管混凝土组合柱受力分析

0组合柱结构参数管道混凝土组合柱是将混凝土通过装饰板连接到管道混凝土组合柱。常见的截面形状是l形。在理论计算方面文献文中在改进L形方钢管混凝土组合柱连接方式的基础上提出一种新型的L形缀板式钢管混凝土组合柱，并对缀板面积对组合柱抗震性能的影响进行了有限元分析和实验研究。1钢垫块和板板的安装本次试验设计三个试件分别编号为Z-1（缀板面积40%）、Z-2（缀板面积60%）、Z-3（缀板面积80%），试件总高度2240mm，柱子净高2000mm。方钢管采用100mm×100mm×4mm的薄壁钢管，内浇筑混凝土。上下底板为20mm厚钢板，为防止柱头柱脚刚度过低保证实验顺利进行，在柱头柱脚增设高120mm厚8mm靴板。为保证竖向荷载加载点稳定，在柱顶板加载点处焊接80mm×80mm×30mm的钢垫块。同时焊接320×320×20的竖板开孔，与作动器相连。各试件设计图见图1。试件的编号数及材料性能见表1。2试验与研究2.1混凝土焊接板按照设计图对试件进行加工制作，先焊接钢管、缀板与底部钢板，要求底部钢板平整且与钢管垂直，保证焊缝饱满无缺陷，在浇筑混凝土且混凝土达到设计强度后再焊接顶部钢板、竖板和缀板。鉴于方钢管口径过小，浇注混凝土采用人工搅拌并用小型振捣棒振捣密实，浇筑完成后采用覆盖浇水养护至设计强度。2.2构件加载试验本次试验采用低周反复荷载试验，加载装置分为竖向加载装置和水平加载装置。竖向加载由100t液压千斤顶和滑盘组成，液压千斤顶通过油泵手动控制，使用前进行标定，顶部通过滑盘与龙门架相连。水平加载装置由MTS244.41G2型50t液压伺服作动器，与反力墙组成，作动器顶端用高强螺栓与试件顶竖板预留孔相连，构件加载现场见图2。参考文献(1）试验前，先对试件进行几何对中，并进行预加载，观察试验仪表是否正常工作对出现的问题及时进行处理。(2）正式加载时，先取设计承载力的40%重复加、卸载2次，再加到满载并一直保持至结束。(3）正式加载后，水平荷载采用荷载和位移两种方法控制加载。在位移达到18mm之前采用力控制加载，增量开始取预计屈服荷载30%，接近屈服位移时取预计屈服荷载10%，分四次加载完成每次循环一圈。加载到达18mm后采用位移控制，以18mm为倍数进行加载每次加载循环三圈，直至某一级循环时承载力下降至极限荷载的85%或试件在加载过程中变形过大时停止实验。3.3试验构件破坏形态为了便于阐述，对试件进行编号，详细编号见图3。(1）试件Z-1的破坏过程和破坏形态。试件Z-1在2△循环第1轮时1号柱D1面柱脚出现裂缝纹，第二轮时C2面底部靴板焊缝处出现裂纹，第三轮时已开展裂纹缓慢发展。在3△循环第2、3轮正向加载时B1面柱脚底部出现轻微鼓曲，负向加载时鼓曲消失，且已出现裂纹未见明显发展。在4△循环第一轮时柱脚已出现裂纹缓慢发展，B1面在底部缀板上方对应处正向加载时出现轻微鼓曲负向加载时鼓曲消失。第二轮时，1号柱D1、B1、C2三面出现鼓曲不可消失，2号柱内侧面在第一格构底部出现鼓曲同时A2面与底部缀板相连处钢管出现裂缝，3号柱内侧出现鼓曲。第三轮时2号柱裂纹横向发展，1、2号柱四面出现鼓曲并发展，3号柱内侧鼓曲发展，A1、D2面出现鼓曲。在5△循环第一轮时1号柱C2/B1鼓曲处钢管出现十字形开裂。第二轮时2号柱裂纹横向发展A2面发展约1/3、侧面发展约2/3。第三轮时号柱C2/B1面鼓曲处钢管出现十字形开裂，3号柱A1面内侧出现十字形开裂。在6△循环时1、2、3号柱出现裂缝持续发展，2号柱a2面裂缝通长并向c1面发展，侧面裂缝通长，3号柱裂缝向两侧水平发展约1/2,1号柱B1面钢管崩断，加载停止。试件Z-1破坏形态如图4所示。(2）试件Z-2的破坏过程和破坏形态。试件Z-2在2△循环第2轮时1号柱B1/D1柱脚出现裂缝纹，第3轮时裂纹缓慢发展。在3△循环第1轮时1号柱裂缝向B1面发展正向加载时D1、B1面鼓曲负向加载时鼓曲消失。第2轮时B1面裂缝继续发展，鼓曲开始残留。第三轮时B1面裂缝发展约1/3,C2面柱脚开裂。在4△循环第1轮时A面底部缀板凹陷，B1面柱脚裂缝发展约1/3,C2面柱脚开裂，D1面鼓曲。第二轮时A2面底部出现鼓曲，D1面裂缝发展至1/2处并，C1面鼓曲，B1面裂缝贯通。第三轮时C2面裂缝发展至1/2处，D1面裂缝发展至2/3处，A面缀板出现裂缝，A2面底部出现裂缝，D1面裂缝贯通。在5△循环时1号柱D1、C2面裂缝与相邻缀板贯通，1号柱钢管三面断裂，加载停止。试件Z-2破坏形态如图5所示。(3）试件Z-3的破坏过程和破坏形态。试件Z-3破坏形态如图6所示。试件Z-3在2△循环第1轮时1号柱B1、D1柱脚出现裂缝纹并向B1面发展。第2轮时A2面外侧柱脚出现裂纹，D1面裂纹发展。第三轮时1号柱B1、D1柱脚裂缝均双向发展，B1面柱脚出现鼓曲不可消失。在3△循环第1轮时D1面裂缝斜向发展，B1/D1、B1/C2柱脚均开裂。第2轮A2柱脚焊缝裂纹发展，正向加载时D1、B1面鼓曲负向加载时鼓曲消失。第3轮时A面缀板底部出现裂缝，已出现裂缝缓慢发展。在4△循环第1轮时，C2面柱脚鼓曲，B1面裂缝通长。第2轮时A面缀板凹陷，A2面底部出现鼓曲。第3轮时A2面底部柱脚缀板开裂。在5△循环第1轮时A面底部缀板裂缝发展近通长，C面底部缀板开裂。第3轮时1号柱D1、C2面裂缝与相邻缀板贯通，1号柱钢管三面断裂，A1面柱脚开裂，A面缀板裂缝通长，加载结束。3.4滞回曲线分析根据试验结果得试件滞回曲线和骨架曲线见图7。由滞回曲线和骨架曲线看出：(1）由于L形缀板式方钢管混凝图组合柱本身结构的不对称性，使的正向加载时承载力优于负向加载时的承载力。(2)L形缀板式方钢管混凝图组合柱滞回曲线呈梭形且较饱满，表明L形缀板式钢管混凝土组合柱抗震性能较好。(3）试件Z-2、Z-3滞回曲线在极限值以后存在捏缩现象，是因为钢管壁厚偏薄焊接后容易造成应力集中而使钢管撕裂承载力下降。(4）随着缀板面积的增加试件水平承载力提高，但提高幅度减小。由于试件截面不对称，正反两方向的延性相差较大。表2中列出了各试件的承载力、位移、及延性系数。延性系数μ=δ4l形缀板式钢管混凝土组合柱破坏顺序(1)L形缀板式钢管混凝土组合柱滞回曲线呈梭形且较饱满且延性数值大于2，表明L形缀板式钢管混凝土组合柱抗震性能较好。(2）随着缀板面积增加使的缀板对单肢柱约束力增强，