偏压钢管混凝土柱性能研究

论文摘要

地震作用下大量建筑物的破坏特征表明,建筑物的倒塌与否和承重柱的设计息息相关,尤其是随着现代工程结构向大跨、高耸、重载方向的发展,柱所须承受的荷载越来越大,这也就要求柱不但应该具有高承载力而且还须有较好的延性,以确保设计的柱满足抗震的基本要求。为满足承载力和变形需求,钢管混凝土柱这种新的承重柱设计模式便应运而生。钢管混凝土结构是一种在钢管中填充混凝土来承担受压荷载的建筑构件,它能充分发挥钢材和混凝土的材料优势,并具有承载能力高、抗震性能好、节约钢材和施工简便等突出优点,在高层建筑、城市桥梁、大跨度结构中得到了日益广泛的应用。本文通过理论分析和引用相关试验数据,探讨了钢管混凝土柱的偏压受力性能,进行了偏压钢管混凝土柱的数值仿真分析,建立了偏压钢管混凝土柱ANSYS有限元分析模型,主要内容如下：（1）对钢管混凝土结构研究的历史及其发展情况进行了综合评述。总结了国内外学者对于偏压钢管混凝土柱性能的研究现状,着重介绍了偏压钢管混凝土柱的钢管和核心混凝土的本构关系,以及各国规程计算偏压钢管混凝土构件承载力的方法。（2）基于平截面假定,结合钢材、核心混凝土应力应变关系,根据平衡方程和变形协调条件进行偏压钢管混凝土柱轴力和弯矩极限承载力计算。采用工程软件MATLAB编制数值仿真分析程序,对偏压构件截面轴力-弯矩-曲率关系进行全过程研究,对影响偏压力学性能的主要因素进行了讨论分析。（3）根据钢管混凝土偏压构件截面轴力-弯矩-曲率关系的数值仿真分析结果,比较核心混凝土本构关系是否考虑偏心率对承载力结果的影响,并将其与国内外同类试验的结果进行对比,验证在本构关系中考虑偏心率的正确性。（4）参考已有的N-M承载力计算公式,结合数值仿真分析的结果,对比两种方法拟合得到的曲线。并将本文理论研究成果实用化,结合国内外同类试验结果,改进提出作者认为更合理的N-M承载力计算公式。（5）利用有限元分析软件ANSYS,采用偏压核心混凝土应力应变曲线作为ANSYS分析中的混凝土的本构关系模型,对钢管混凝土的偏心受压极限承载力进行计算,并将其与本文提出的公式比较,验证公式的准确性。并将公式计算结果与国内外文献试验结果比较,验证公式的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景及意义
• 1.2.1 钢管混凝土结构的研究现状
• 1.2.2 偏压钢管混凝土结构的研究现状
• 1.2.3 选题意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 数值模型全过程曲线分析
• 2.1 引言
• 2.2 本文采用的钢管混凝土柱材料本构关系
• 2.2.1 钢管的应力-应变关系
• 2.2.2 核心混凝土的应力-应变关系
• 2.3 偏压构件的受力分析
• 2.4 弯矩-曲率关系数值模型
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 截面划分
• 2.4.3 平衡方程
• 2.4.4 判定条件
• 2.4.5 弯矩-曲率关系程序
• 2.5 弯矩-曲率关系数值模拟结果分析
• 2.6 轴力-变形关系数值模型
• 2.6.1 基本假定
• 2.6.2 轴力-变形关系程序
• 2.7 轴力-变形关系数值模拟结果分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 偏心率对极限承载力的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 偏心率对数值模型计算结果的影响分析
• 3.3 本文数值仿真结果与国内外试验数据的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 偏压钢管混凝土柱承载力实用计算公式
• 4.1 引言
• 4.2 偏压钢管混凝土柱承载力计算公式
• 4.2.1 文献[33]的偏压钢管混凝土柱实用承载力计算方程
• 4.2.2 偏压钢管混凝土柱承载力实用计算公式的提出
• 4.3 本文提出的公式与ANSYS计算结果的比较
• 4.3.1 ANSYS有限元分析介绍
• 4.3.2 钢管混凝土柱的ANSYS有限元分析
• 4.3.3 极限承载力状态受力机理分析
• 4.3.4 公式计算结果与有限元结果的比较
• 4.4 本文提出的公式与已有试验结果的比较
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录B