摘要
近些年来，随着现代高层建筑和大跨度建筑的飞速发展，建筑结构领域对建筑材料提出了更高的要求，在此背景下，高强钢材在建筑结构领域的重要性与日俱增，使用量逐年增加。与普通钢材相比较，高强钢材不仅强度更高，且具备较好的延性、韧性和可塑性，在建筑中使用高强钢材可以有效的减少钢材的用量，更符合现代建筑结构的发展要求。通过在普通钢筋混凝土结构内部置入型钢形成组合结构，该结构充分结合传统钢结构和传统钢筋混凝土结构的优点，充分发挥结构内部型钢以及混凝土的受力性能。型钢混凝土组合结构具有优异的抗震性能、良好的耐久性，可有效提升构件承载力，被大量应用于重要建筑的关键部位。综上，考虑采用高强钢材替代型钢混凝土组合结构内部的普通型钢，不仅可有效提升建筑空间使用效率，同时可降低建筑能源资源消耗，符合国家低碳环保的绿色理念。 然而，目前中国、美国与欧洲的现行组合结构规范内的计算方法均主要基于普通型钢混凝土构件试验结果归纳得出，其能否适用于高强型钢混凝土组合结构尚有待进一步验证，影响高强型钢混凝土组合结构在工程中的实际应用。因此，有必要进一步探究高强型钢混凝土组合柱的各项力学性能，分析不同参数的变化对高强型钢混凝土组合柱力学性能的影响。 本试验设计并制作12根型钢混凝土组合柱试件，包括8根内置Q460、Q690高强型钢试件以及4根内置Q235普通型钢试件。通过对其进行轴心受压试验，探究不同型钢强度等级、不同含钢率以及不同型钢截面形式对高强型钢混凝土组合柱的破坏形态、承载力及延性的影响；将现行中国、美国、欧洲组合结构规范的计算结果与试验结果进行对比，分析各国现行规范是否可准确预测高强型钢混凝土组合柱的承载力；运用有限元分析软件ABAQUS建立试件模型，对比分析试验结果与模拟结果，验证模型有效性，进而考察通过掺入钢纤维的方式改善混凝土的变形能力后高强型钢混凝土组合柱的力学性能。研究结果表明，随着型钢强度等级和含钢率的增加，试件的承载力及延性均得到提升。与内置H形截面型钢的试件相比，内置十字形截面型钢的试件承载力无明显提升，但延性显著提升。将试验结果与各国规范计算结果进行对比分析发现，各国规范均无法准确预测Q690高强型钢混凝土组合柱的极限承载力，计算结果均偏于不安全，为此提出一种可以准确预测高强型钢混凝土组合柱轴心受压承载力的计算方法。模拟结果表明通过掺入钢纤维的方式提高混凝土的变形能力后高强型钢混凝土组合柱的力学性能得到明显改善。 本文所得到的相关研究成果，为该类构件的进一步应用与发展起到一定的支撑作用，并为工程实践提供参考。
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