薄壁型鋼管-膠合竹板組合柱抗壓及抗震性能研究.pdf

1、以膠合竹板為主材，自主設(shè)計研發(fā)了一種新型的橫向拉桿約束薄壁型鋼管/多層竹膠板組合空芯柱(SBCCB)。空芯薄壁型鋼管增大組合柱截面尺寸、減小試件長細比，能提高其抗壓穩(wěn)定性和極限失效荷載；配置約束拉桿能有效減少開膠破壞，影響其極限破壞模式而提高抗壓承載力；靈活設(shè)計柱芯鋼管尺寸和壁厚、竹膠合板厚度，可滿足不同承載要求。SBCCB可用作多層裝配式竹木房屋結(jié)構(gòu)的豎向承載構(gòu)件，實現(xiàn)以竹代木，有廣闊的應用前景。SBCCB展現(xiàn)了優(yōu)異的抗壓和抗震性能，

2、截面拼裝簡單，符合當前綠色建材和建筑工業(yè)化生產(chǎn)的需求。本文通過試驗和數(shù)值分析，研究了SBCCB抗壓和抗震破壞模式、變形、承載力以及界面開膠行為，構(gòu)建了承載力計算模型。主要工作與結(jié)果：
　　(1)采用不帶約束拉桿和帶約束拉桿2組共10根方形組合短柱，進行材料抗壓強度和彈性模量測試，并對基體粘結(jié)的抗拉和抗剪強度進行測試。測試表明竹膠合板柱有較高的順紋抗壓強度和彈性模量，可達到中等混凝土強度水平。
　　(2)通過2組24根不帶約束

3、拉桿組合柱試件的軸心和偏心抗壓測試，考察試件破壞過程、變形特征、破壞模式和特征荷載，識別開膠、材料剝離以及失穩(wěn)等破壞模式。不帶約束拉桿試件的抗壓破壞主要是柱端和柱身膠合界面的開膠破壞和局部材料剝離破壞，膠結(jié)抗拉和抗剪強度是影響其開膠破壞和極限承載力的決定性因素。根據(jù)測試結(jié)果分析了長細比、凈截面面積、荷載偏心距、空心率等對抗壓性能的影響；通過試驗數(shù)據(jù)的非線性回歸分析，建立了極限抗壓承載力計算模型。
　　(3)通過2組18根SBCCB

4、試件的抗壓測試，考察破壞過程，變形發(fā)展特征、破壞模式和特征荷載，依據(jù)破壞裂縫情況、開膠和剝離破壞特征和位置、基體界面的應力松弛、荷載―位移關(guān)系等細觀和宏觀表現(xiàn)，識別開膠破壞、材料剝離破壞和局部開膠屈曲破壞等模式；通過分析SBCCB的長細比、凈截面面積、截面組合方式、荷載偏心距以及約束拉桿間距對抗壓性能的影響，討論了組合柱幾何設(shè)計參數(shù)與抗裂性能的關(guān)聯(lián)。SBCCB試件的軸心抗壓破壞為柱端和約束拉桿之間柱身的材料壓折破壞和膠結(jié)基體之間的開膠破

5、壞，以材料破壞為主；偏心抗壓破壞主要為柱端基體開膠破壞、柱身約束拉桿之間受壓面膠合面開膠剝離破壞和膠合竹板材料壓折破壞。偏心抗壓破壞主要受側(cè)向撓曲程度控制，長細比越大撓度和附加彎矩越大，承載力的降低趨勢越明顯；抗壓極限承載能力不僅與膠合性能、截面尺寸和長細比等因素相關(guān)，而且受截面組合方式影響。SBCCB試件的抗壓試驗結(jié)果表明，橫向約束拉桿可有效抑制試件的開膠破壞，改變其極限破壞模式而顯著提高極限承載力；隨約束拉桿間距減小局部開膠翹曲變形

6、減小。約束拉桿與薄壁型鋼管的合理裝配，減小了對膠結(jié)界面膠合強度的依賴而延緩了開膠失效。在試驗測試的基礎(chǔ)上進行了有限元數(shù)值模擬分析，實現(xiàn)與試驗結(jié)果的互補?；跍y試和數(shù)值分析數(shù)據(jù)，參考膠合木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的方法，考慮長細比和材料強度等因素建立的SBCCB抗壓穩(wěn)定系數(shù)模型與試驗測試結(jié)果吻合良好，可為其工程應用提供參考。
　　(4)通過9根SBCCB試件的低周反復擬靜力荷載試驗，考察SBCCB的破壞過程和形態(tài)，分析長細比、凈橫截面面積、截面

7、組合方式以及約束拉桿對其受力和抗震性能影響。結(jié)果表明SBCCB破壞形態(tài)主要為柱腳膠合面的開裂破壞和膠合竹板材料橫向斷裂破壞，截面組合方式對其破壞模式有顯著影響，增大組合柱截面尺寸和長細比能改善其抗震性能；SBCCB有較好的彈性變形能力和抗震耗能性能；約束拉桿能有效保證試件的整體性，抑制基體膠合界面開膠破壞。SBCCB的滯回曲線有明顯的滑移捏攏特征，總體表現(xiàn)為彎曲或彎剪破壞特征；截面組合方式對試件抗震破壞模式有顯著影響，增大組合柱截面尺寸