自应力钢管混凝土本构关系研究

论文摘要

自应力钢管混凝土是近年出现的一种钢—混组合形式,它是以自应力膨胀混凝土替代普通混凝土而形成的一种新的钢管混凝土材料。与普通钢管混凝土相比,具有新的特点:外包薄壁钢管有效约束了膨胀混凝土的膨胀变形,解决了普通混凝土收缩引起的钢—混组合界面的粘结问题,从而保证两者协调工作,并且使得混凝土的内部结构更加密实;钢管充分利用膨胀混凝土的膨胀能,为核心混凝土提供较高的侧向预应力,改善了钢管混凝土构件的力学性能,充分挖掘了钢管混凝土的承载潜能,可以说是钢管混凝土的发展和完善。本文以交通部西部交通科技项目《自预应力钢管混凝土开发应用试验研究》子课题“自应力钢管混凝土设计理论”为依托,主要的工作有以下几个方面:①对比分析现有钢管及混凝土本构关系理论,找出适用于自应力钢管混凝土的材料本构关系;②利用ANSYS软件中APDL参数化程序设计语言,同时考虑材料非线性和几何非线性,编制命令流,模拟了钢管混凝土短柱逐步加压的试验过程,求解出钢管混凝土的极限承载力与荷载的应变关系曲线;更加分析结果,对其受力性能和机理进行了深入分析,得到钢号及混凝土强度等参数对力学性能的影响。③采用增强系数法和提高系数法,模拟了自应力钢管混凝土轴压荷载下长期力学行为,对两种本构关系进行了比较,分析了其适用范围,并确定本文中适用的自应力钢管混凝土本构关系。经验证,与自应力钢管混凝土力学行为吻合较好。最后,在此基础上对今后的研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土的发展和研究现状
• 1.1.1 钢管混凝土的发展
• 1.1.2 钢管混凝土的特点
• 1.1.3 钢管混凝土研究现状
• 1.1.4 钢管混凝土应用中存在的问题
• 1.2 自应力钢管混凝土研究综述
• 1.2.1 自应力钢管混凝土的特点
• 1.2.2 自应力钢管混凝土的应用
• 1.2.3 自应力钢管混凝土设计理论
• 1.3 自应力钢管混凝土本构关系研究现状
• 1.4 课题来源及主要研究工作
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 主要研究方法及内容
• 第二章 自应力钢管混凝土理论研究
• 2.1 核心混凝土的膨胀性能研究
• 2.1.1 三向限制对混凝土微观结构的影响
• 2.1.2 自应力混凝土膨胀机理分析
• 2.2 钢管混凝土短柱承载力计算方法
• 2.2.1 普通钢管混凝土短柱计算方法
• 2.2.2 各规程及规范承载力计算值比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 自应力钢管混凝土本构关系研究
• 3.1 钢材的本构关系研究
• 3.1.1 钢材单向加载的本构关系
• 3.1.2 钢材处于复杂应力状态下的本构关系
• 3.2 混凝土的本构关系研究
• 3.2.1 混凝土本构关系综述
• 3.2.2 混凝土单轴受力的本构关系
• 3.3 钢管混凝土本构关系
• 3.3.1 钢管核心混凝土的本构关系
• 3.3.2 钢管核心混凝土破坏准则
• 3.4 自应力混凝土本构关系
• 3.4.1 增强系数法本构关系
• 3.4.2 提高系数法本构关系
• 3.4.3 自应力钢管混凝土本构关系对比
• 3.5 小结
• 第四章 自应力钢管混凝土有限元分析
• 4.1 ANSYS 有限元分析软件介绍
• 4.1.1 非线性方程的解法
• 4.1.2 收敛准则
• 4.2 有限元模型建立过程
• 4.2.1 单元的选取
• 4.2.2 基本假定及建模
• 4.2.3 网格划分及边界条件约束
• 4.2.4 加载方式及计算流程图
• 4.3 计算结果及分析
• 4.3.1 计算结果验证
• 4.3.2 膨胀结果分析
• 4.3.3 初始自应力对钢管混凝土承载力的影响
• 4.3.4 不同本构关系自应力钢管混凝土极限承载力计算值
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果