【摘要】：复杂超高层建筑已广泛采用大截面矩形钢管混凝土柱（LRCFT柱），它对整个结构的安全至关重要。共同工作是LRCFT柱应用的基本问题，对构件及结构的工作性能有着重要的影响。针对LRCFT柱的共同工作问题，本文提出了一种新型的传力机制，即在矩形钢管混凝土柱楼层节点区钢管内设传力构件——分配梁和内环肋，来协调钢管壁与核心混凝土的变形，迫使组成矩形钢管混凝土柱的钢管和核心混凝土共同工作。主要研究内容包括以下几个方面： （1）基于LRCFT柱的共同工作性能，提出了一种新型的传力机制，给出了传力构件的具体构造和布置形式，分析了设传力构件的矩形钢管混凝土柱的受力原理。对比分析了轴压作用下不设传力构件设环向加劲肋设环向加劲肋及栓钉、设传力构件的矩形钢管混凝土柱的共同工作性能，揭示了设传力构件对保证LRCFT柱共同工作性能的重要性和必要性。进行了矩形钢管混凝土柱的轴压试验研究和相关的数值分析，试验结果与有限元结果吻合较好，进一步验证了利用摩擦粘结作用来保证LRCFT柱的共同工作可靠性不够，设传力构件有效地改善了矩形钢管混凝土柱的受力性能，充分地保证了LRCFT柱的共同工作。 （2）基于设传力构件的LRCFT柱受力原理的分析，提出了共同工作的理论模型，用弹性地基梁温克尔假定来模拟分配梁沿梁长传递外荷载于核心混凝土的共同工作性能。将分配梁与混凝土的相互作用视作弹性地基梁，作为分配梁支座的钢管壁提供弹簧刚度，核心混凝土简化为弹性地基，分配梁简化为梁，建立了混凝土工作承担系数的计算方程。结合设分配梁的矩形钢管混凝土柱的实际边界条件，给出了混凝土工作承担系数的解析计算方法。在真实的模拟分配梁与钢管壁及核心混凝土之间的力学行为基础上，给出了LRCFT柱各组成部分刚度的求解方法和公式，保证了混凝土工作承担系数的顺利求解。研究了分配梁的力学行为，给出了分配梁的设计方法，指导工程设计。进行了具体算例的分析，验证了本文给出的理论解析方法的有效性和较好的实用性。 （3）基于共同工作的理论模型，研究了混凝土工作承担系数与LRCFT柱各组成部分刚度的关系，得出了分配梁尺寸的选取范围。从刚度的控制方程出发，考虑因素间的两两耦合，，采用非线性回归方法，得到了各刚度系数的简化计算公式。讨论了计算公式的误差，验证了简化计算公式的合理性。通过简单的计算公式能够快速计算出LRCFT柱各组成部分刚度值，从而求得混凝土工作承担系数来指导分配梁的设计。 （4）研究了设传力构件的LRCFT柱在轴压纯弯及偏压作用下的共同工作性能。基于《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS159：2004），得出了设传力构件的矩形钢管混凝土柱轴压纯弯及偏压承载力的设计方法，提出了规程中大偏压承载力设计方法可做适当完善修改的建议，并给出了计算公式。建立了30层的框架模型，研究了传力构件的数量设计。从弹性控制设计和塑性控制设计两个角度，研究了设传力构件的LRCFT柱的共同工作性能。结果表明，应用设传力构件的矩形钢管混凝土柱，过多或过少设分配梁均不能达到最优的分配效果，合适的数量合理的位置能够使矩形钢管混凝土柱表现出较好的共同工作性能。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU398.9;TU311.1
【参考文献】
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