端部设纵肋方钢管混凝土柱抗震性能：多维度分析与探究.docxVIP

端部设纵肋方钢管混凝土柱抗震性能：多维度分析与探究

一、引言

1.1研究背景与目的

1.1.1研究背景

随着现代建筑工程向更高、更大跨度和更复杂结构形式发展，对建筑结构的承载能力、抗震性能等提出了更为严苛的要求。钢管混凝土结构作为一种高效的组合结构形式，将钢材的抗拉、抗弯性能与混凝土的抗压性能有机结合，在近几十年得到了极为广泛的应用。在高层建筑、大跨度桥梁、地铁车站以及单层和多层工业厂房等各类建筑工程中，钢管混凝土结构都展现出独特优势。例如，在高层建筑中，钢管混凝土柱可有效减小柱截面尺寸，增加建筑使用面积，同时其良好的抗震性能也为建筑在地震等自然灾害中的安全提供了保障；在大跨度桥梁建设里，钢管混凝土结构能更好地承受轴压力，增强桥梁稳固性，延长使用寿命。

钢管混凝土结构按截面形式主要分为圆钢管混凝土结构和方钢管混凝土结构等。目前，圆钢管混凝土结构的研究相对成熟，诸多国家已制定相应设计和施工规范或规程。然而，方钢管混凝土结构由于其截面形式的特点，在节点连接、受力性能等方面与圆钢管混凝土结构存在差异，相关研究尚不够深入，尤其是端部设纵肋的方钢管混凝土柱。在实际地震作用下，结构的柱端部位受力复杂，容易出现破坏。端部设纵肋能够改变柱端的应力分布，提高柱端的约束效果，进而可能对柱的抗震性能产生显著影响。但目前关于这方面的研究成果有限，不同试验条件下的试验结果存在偏差，导致现有理论计算结果也不尽相同，无法为工程设计提供全面、准确的依据。在一些地震频发地区，建筑结构的抗震安全至关重要，对端部设纵肋方钢管混凝土柱抗震性能的深入研究，有助于提升建筑结构在地震中的安全性和可靠性，具有重要的现实意义。

1.1.2研究目的

本研究旨在深入剖析端部设纵肋方钢管混凝土柱的抗震性能。通过试验研究，观测不同参数下试件在低周反复荷载作用下的破坏形态、变形特征、滞回性能等，获取第一手数据资料。同时，运用有限元软件建立精确的数值模型，考虑材料非线性、几何非线性以及接触非线性等因素，对试验结果进行验证和补充分析，探究端部纵肋的设置方式、尺寸参数以及混凝土强度、钢材强度等因素对柱抗震性能的影响规律。在此基础上，建立合理的抗震性能评估方法和设计理论，为端部设纵肋方钢管混凝土柱在实际工程中的广泛应用提供坚实的理论支撑和技术指导，确保建筑结构在地震等灾害作用下的安全稳定，推动建筑结构技术的发展和进步。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对钢管混凝土结构的研究起步较早，早在19世纪80年代，英国就将钢管混凝土杆件用于Severn铁路桥的桥墩，以承受轴向压力并防止钢管内部锈蚀。1897年，美国人JOHNLALLY提出在钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱并获得专利。早期的研究主要集中在圆钢管混凝土结构，随着技术的发展，方钢管混凝土结构逐渐受到关注。

在抗震性能研究方面，国外学者通过试验和理论分析，对钢管混凝土柱的滞回性能、耗能能力和延性等进行了研究。日本学者Kawashima等通过对钢管混凝土柱进行低周反复加载试验，研究了轴压比、长细比等参数对柱抗震性能的影响，发现轴压比是影响柱延性和耗能能力的关键因素，轴压比越大，柱的延性和耗能能力越差。美国学者Hanson等通过理论分析，建立了钢管混凝土柱的恢复力模型，为结构的弹塑性地震反应分析提供了理论基础。

对于端部设纵肋的方钢管混凝土柱，国外相关研究相对较少。但一些学者在研究方钢管混凝土柱节点连接时，涉及到类似的加强措施。如在节点域设置加劲肋等，研究发现这些加强措施可以有效提高节点的承载能力和抗震性能。不过，针对端部纵肋对方钢管混凝土柱整体抗震性能的系统研究，目前尚未形成完善的理论体系和设计方法。

1.2.2国内研究现状

我国对钢管混凝土结构的研究始于20世纪50年代末，1963年成功将钢管混凝土柱应用于北京地铁车站工程。改革开放后，随着经济的快速发展，钢管混凝土结构在高层建筑、地铁车站、大跨度桥梁等工程中得到广泛应用，相关研究也取得了丰硕成果。

在方钢管混凝土柱抗震性能研究方面，国内众多学者进行了大量试验研究和理论分析。文献通过对不同轴压比、含钢率和长细比的方钢管混凝土框架柱进行低周反复荷载试验，考察了构件的承载能力及抗震性能，结果表明方钢管混凝土柱的荷载-位移滞回曲线具有较好的饱满性，具有良好的延性和耗能能力。文献基于截面极限状态理论，推导了方钢管混凝土压弯构件的极限承载力表达式，并提出了相应的简化设计公式。

对于端部设纵肋的方钢管混凝土柱，近年来国内部分学者开始关注并进行研究。文献通过试验研究和有限元分析，探讨了端部纵肋对柱抗震性能的影响，发现端部纵肋可以有效提高柱的刚度和承载能力，改善柱的抗震性能。然而，目前的研究还存在一定局限性，不同研究中试件