钢管混凝土柱已逐步应用于超高层建筑、大跨度桥梁、城市高架桥及重型输电塔等重大工程中，实际结构中往往由于采用普通强度材料及限制轴压比不能过高导致截面尺寸偏大而降低建筑美观、钢板变厚增加焊接难度和降低焊接质量。从结构优化及抗震减灾设计角度，采用高强度材料尤其是高强钢材为钢管混凝土结构进行建筑与结构优化提供了重要手段。目前国产Q690高强钢制造及焊接技术日益臻熟，Q690高强钢管混凝土柱应用于建筑结构具有广阔前景。然而关于Q690等级的新型高强钢管混凝土柱抗震性能研究尚欠缺及现行规范材料强度与径厚比限值等因素阻碍了Q690高强钢管混凝土的推广应用。本文研究了低周反复荷载作用下Q690薄壁高强钢管混凝土柱的抗震性能，可为Q690高强钢管混凝土抗震设计、震损评估和推广应用提供理论依据。主要工作及结论如下： 1）开展了超限径厚比下Q690薄壁高强钢管混凝土柱抗震性能试验研究。分析了其滞回与骨架曲线、延性、滞回耗能、强度衰减等性能指标，研究了径厚比、轴压比和混凝土强度对承载力、延性及耗能指标的影响。结果表明：超限径厚比下Q690薄壁高强钢管混凝土柱按滞回环饱满度与耗能强弱分为弯曲主导和剪切主导的破坏，剪切主导破坏的试件归一化极限耗能显著低于弯曲主导破坏试件；径厚比和轴压比对延性和累积极限耗能指标影响较大，混凝土强度对薄壁高强钢管混凝土柱抗震性能影响显著性相比于轴压比和径厚比较小。 2）研究了Q690薄壁高强钢管混凝土柱承载力特性。提出了基于钢管混凝土统一理论的抗弯承载力简化算法和理论公式；建立了该类柱的截面分层法弯矩—轴力相关性分析模型，提出了弯矩—轴力相关曲线计算公式；提出了薄壁高强钢管混凝土柱桁架机制抗剪承载力计算公式；改进了约束混凝土和钢材滞回单轴本构，建立了Q690薄壁高强钢管混凝土柱的纤维梁数值模型，研究了轴压比、径厚比、钢材强度等对滞回性能的影响；构建了Q690薄壁高强钢管混凝土柱的恢复力模型，包括归一化骨架曲线、卸载刚度退化规律和滞回准则。 3）进行了Q690薄壁高强钢管混凝土柱低周疲劳性能试验与理论研究。分析了不同低周疲劳加载模式下试件的疲劳滞回曲线、疲劳耗能和刚度退化等性能指标；研究了Q690薄壁高强钢管混凝土柱低周疲劳损伤性能，建立了基于刚度退化和非对称耗能的双参数损伤模型，提出了该类超限柱的抗震性能水准及量化指标和损伤阈值；建立了校准的钢管混凝土柱应变控制型低周疲劳寿命预测模型；为方便应用，建立了钢管混凝土柱考虑材料参数耦联作用并联动变化的低周疲劳寿命简化预测模型。 4）研究了Q690薄壁高强钢管混凝土柱断裂损伤性能。考虑钢材应力三轴度损伤效应引入高强钢材断裂损伤萌生及无量纲演化准则，建立了基于壳-实体有限元的Q690薄壁高强钢管混凝土柱分析模型，揭示了薄壁高强钢管局部屈曲及断裂失效、混凝土压碎等破坏机理，分析了关键参数对薄壁高强钢管断裂损伤发展的影响。 |
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