圆钢管活性粉末混凝土柱静动力性能与设计方法

Reactive Powder Concrete (RPC) can be filled into steel tube as a new type of composite structures. Promote the application of RPC-filled Circular steel tube (RPCC) in high-rise buildings, is an important choice for the development of green buildings. However, the static/dynamic behavior and design method of RPCC have not been reported. In response to these questions, firstly, RPCC short columns will be tested under cyclic or monotonic axial compression loading. RPCC strain-stress relationships under cyclic axial compression loading can be obtained. Skeleton curve and cyclic model of core RPC can be proposed based on test results. Secondly, RPCC columns will be tested under combined axial load and lateral cyclic load. The load-carrying capacity, lateral stiffness, ductility and energy dissipation ability will be studied. The confining effect increasing with an increment on the load level will be considered during the fiber model analysis. Moment-curvature restoring force model and load-displacement restoring force model for RPCC columns can be obtained. The influence of axial load ratio, confinement coefficient , yield strength of steel tube and compressive strength of RPC on hysteretic behavior of RPCC columns will be researched based on test and simulation results. Finally, the seismic design method and measures of RPCC columns will be developed. The results will provide references for related standards and specifications.

活性粉末混凝土（RPC）可与钢管共同工作形成新型组合结构，在超高层建筑中推广钢管RPC是绿色建筑的重要发展方向，但关于圆钢管RPC柱静动力性能和设计方法的研究尚未见报道。针对此问题，首先进行圆钢管RPC短柱循环和单调轴压荷载下试验，提出循环轴压荷载下核心区RPC应力-应变骨架曲线计算方法和加卸载规则；其次，进行圆钢管RPC柱低周反复水平荷载作用下试验，研究圆钢管RPC柱承载力、抗侧刚度、延性和耗能能力的变化规律，引入与荷载水平相关的核心区RPC约束效应的考虑方法，建立圆钢管RPC压弯构件的截面弯矩-曲率恢复力模型和荷载-位移恢复力模型；最终，基于试验和数值分析结果，揭示轴压比、套箍系数、钢材屈服强度、RPC强度等对钢管RPC柱滞回性能的影响规律，提出钢管RPC柱抗震设计方法，为相关规范的编制或修订提供依据。

活性粉末混凝土（RPC）可与钢管共同工作形成新型组合结构，在超高层建筑中推广钢管RPC是绿色建筑的重要发展方向，但关于圆钢管RPC柱静动力性能和设计方法的研究尚需完善。针对此问题，本项目完成了7根圆钢管RPC短柱的单调轴压力学性能试验和6根圆钢管RPC短柱循环轴压荷载作用下试验，分析了套箍系数、径厚比等参数对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响规律；利用ABAQUS有限元软件，建立了圆钢管RPC柱有限元计算模型，揭示了套箍系数、核心RPC轴心抗压强度和钢材屈服强度等对钢管RPC柱力学性能的影响规律，提出了钢管RPC短柱轴压承载力计算公式。具体工作如下：. 1.完成了7根圆钢管RPC短柱轴压性能试验，考察了截面尺寸、套箍系数对其受力性能的影响，获得了钢管RPC短柱的荷载-应变、荷载-位移曲线、破坏形态及极限承载力。结果表明：套箍系数 在0.63~0.88时，试件荷载-位移曲线在到达峰值后出现下降段，呈现为剪切破坏； 时，试件在到达极限荷载后承载力下降幅度明显减小或出现回升趋势，呈现为腰鼓形破坏。在达到极限荷载的85%之前，试件处于弹性阶段，钢管纵向应变大于横向应变；弹塑性阶段，钢管横向应变增加较快，钢管横向受拉屈服先于纵向受压屈服。随着轴压力增加，核心RPC的横向变形系数超过钢管的泊松比，致使钢管对RPC约束力逐渐增加，钢管屈服后环向应力迅速增大。. 2.利用ABAQUS有限元软件，提出了核心RPC的塑性损伤模型参数的取值建议，实现了对圆钢管RPC短柱轴压受力全过程分析。研究了套箍系数、核心RPC轴心抗压强度和钢材强度对钢管RPC力学性能的影响规律：当套箍系数小于0.5时，钢管RPC柱荷载-位移曲线不存在强化段；当套箍系数大于0.5时，钢管RPC柱荷载-位移曲线出现强化段；当套箍系数达到1时，强化段极限荷载相对于承载力的提升将超过30%。当截面尺寸相同时，随核心RPC轴心抗压强度和钢材强度的提高，钢管对核心RPC的约束作用下降。基于试验和数值分析结果，建立了直径不大于1020mm的圆钢管RPC轴压短柱轴压承载力的计算公式。. 3.完成了6根圆钢管RPC轴压短柱滞回性能试验，得到了循环荷载下钢管RPC短柱破坏模式和荷载-应变滞回曲线，分析了核心RPC应力-应变关系曲线，建立了有限元计算模型并进行对比分析，提出了预测圆钢管RPC短柱的极限抗压强度的计算公式。