组合方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

论文摘要

方钢管混凝土柱承载力高、延性好、施工速度快,同时具有外形整洁美观、节点相贯简单、构件连接方便等优点,在工程实践中得到了越来越广泛的应用,但是方钢管对混凝土的约束效果不显著,柱的承载力提高有限。针对方钢管混凝土柱的这一缺点,作者设计了一种新型的组合方钢管混凝土柱,从试验和理论两方面深入地研究了此种组合柱轴心受压时的力学性能和工作机理。通过2根方钢管混凝土短柱和6根组合方钢管混凝土短柱的轴心受压试验,研究方钢管混凝土柱和组合方钢管混凝土柱力学性能的差异以及截面形式、含钢率、混凝土强度和套箍系数等因素对组合柱受力性能的影响规律;对加荷过程中方钢管和混凝土中各种内力的变化进行分析计算,揭示方钢管混凝土柱轴心受压时两种材料的工作机理。利用有限元分析软件ABAQUS对方钢管混凝土轴压短柱和组合方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形全过程进行计算。计算结果与试验结果吻合较好,表明本文建立的有限元模型可以用于方钢管混凝土柱和组合方钢管混凝土柱的轴心受压计算。用有限元法计算了27根普通方钢管混凝土短柱和27根组合方钢管混凝土短柱的轴心受压承载力,通过对计算结果进行回归分析,得出了方钢管混凝土柱和组合方钢管混凝土柱轴心受压承载力的计算公式。公式计算结果与试验结果吻合较好,且公式形式简单、概念清晰,可为有关工程实践和规程制订提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土柱的特点
• 1.3 方钢管混凝土柱的研究现状
• 1.4 组合方钢管混凝土柱的研究现状
• 1.5 本文研究的内容
• 2 组合方钢管混凝土柱的试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试件的设计与制作
• 2.3 试件测点布置及测量参数
• 2.4 试验过程
• 2.4.1 试验前的准备
• 2.4.2 加载制度
• 2.5 试验全过程描述
• 2.6 试验结果分析
• 2.6.1 试件的破坏特征
• 2.6.2 钢管混凝土柱轴心受压时的变形特点
• 2.6.3 荷载－位移关系曲线
• 2.6.4 荷载－应变关系曲线
• 2.6.5 方钢管混凝土柱轴心受压工作机理分析
• 2.6.6 影响组合方钢管混凝土柱受力性能的因素
• 2.7 小结
• 3 组合方钢管混凝土柱的有限元分析
• 3.1 材料的本构关系
• 3.1.1 钢材的本构关系
• 3.1.2 混凝土的本构关系
• 3.2 钢管与混凝土界面模型
• 3.3 单元类型选取与网格划分
• 3.4 边界条件及荷载施加
• 3.5 计算结果分析
• 3.5.1 破坏形态
• 3.5.2 荷载－位移关系曲线
• 3.5.3 承载力对比
• 3.5.4 中截面应力分布
• 3.6 小结
• 4 组合方钢管混凝土短柱轴压承载力计算
• 4.1 方钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算
• 4.1.1 方钢管混凝土短柱轴压承载力公式简介
• 4.1.2 方钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算
• 4.2 组合方钢管混凝土柱轴心受压承载力计算
• 4.2.1 最优组合系数
• 4.2.2 组合方钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算
• 4.3 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢