方钢管混凝土组合异形柱的理论分析与试验研究

论文摘要

方钢管混凝土组合异形柱是由单根方钢管混凝土柱通过缀件连接而成的组合结构形式,不仅具有钢管混凝土承载力高、抗震性能优越、防火性能好等优点;而且具有异形柱截面形式灵活、易于装修和增加房屋使用空间等优点。对于方钢管混凝土组合异形柱的研究,本文主要进行了理论计算、有限元分析和试验验证;并结合方钢管混凝土组合异形柱的推广应用,对梁柱节点和维护墙体作法进行了探讨。针对方钢管混凝土组合异形柱的计算,提出基于叠加理论的计算方法并推导了轴压力分配系数计算公式;针对L形截面(LCFT)、T形截面(TCFT)和十字形截面(XCFT)的方钢管混凝土组合异形柱,推导了等效长细比计算公式;并通过已有的单根方钢管混凝土柱轴心受压试验数据,确定了钢管稳定性提高系数的取值。采用本文叠加理论计算公式,设计轴心受压试验的方钢管混凝土组合异形柱试件。为研究发生强度破坏和发生失稳破坏时的承载能力,在轴心受压试验中,分别设计制作三个短柱试件(LCFT、TCFT、XCFT短柱试件)和三个长柱试件(LCFT、TCFT、XCFT长柱试件)。并采用通用有限元程序ANSYS,编制命令流文件,对三个短柱试件和三个长柱试件的轴心受压试验进行了数值模拟计算。进行方钢管混凝土组合异形柱短柱试件和长柱试件的轴心受压试验。轴压试验结果、理论计算结果和有限元分析结果三者吻合较好,验证了采用本文叠加理论公式计算方钢管混凝土组合异形柱的可行性。结合轴心受压试验,对各方钢管混凝土组合异形柱试件,同时进行超声波检测试验和剖切试验,掌握了其方钢管和内填混凝土在加载前后的全过程协同工作状态。最后,针对方钢管混凝土组合异形柱的推广应用,在介绍梁柱刚接节点形式和新型墙体材料的基础上,提出了推荐的梁柱节点作法和维护墙体作法;并对方钢管混凝土组合异形柱若干有待进一步深入研究的课题,以及方钢管混凝土组合异形柱的发展形势进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢结构住宅体系发展
• 1.2 方钢管混凝土组合异形柱结构
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 基于叠加理论的方钢管混凝土组合异形柱计算方法
• 2.1 叠加理论
• 2.2 关于叠加理论计算方法的分析
• 2.3 本文叠加理论计算方法
• 2.4 轴压力分配系数计算
• 2.5 方钢管混凝土组合异形柱的长细比计算公式
• 2.6 钢管稳定性提高系数
• 第三章 方钢管混凝土组合异形柱轴压试验设计
• 3.1 试验目的
• 3.2 试件设计
• 3.3 加载方案设计
• 3.4 量测方案设计
• 第四章 方钢管混凝土组合异形柱有限元分析
• 4.1 通用有限元程序分析
• 4.2 计算模型
• 4.3 有限元模型
• 4.4 加载和求解
• 4.5 后处理
• 4.6 有限元程序验证
• 4.7 LCFT 试件有限元分析结果
• 4.8 TCFT 试件有限元分析结果
• 4.9 XCFT 试件有限元分析结果
• 第五章 方钢管混凝土组合异形柱短柱轴压试验
• 5.1 LCFT 短柱试件轴压试验
• 5.2 TCFT 短柱试件轴压试验
• 5.3 XCFT 短柱试件轴压试验
• 第六章 方钢管混凝土组合异形柱长柱轴压试验
• 6.1 LCFT 长柱试件轴压试验
• 6.2 TCFT 长柱试件轴压试验
• 6.3 XCFT 长柱试件轴压试验
• 第七章 超声波检测和剖切试验
• 7.1 超声波检测试验
• 7.2 剖切试验
• 7.3 超声波检测和剖切试验结论
• 第八章 梁柱节点和维护墙体形式
• 8.1 梁柱节点
• 8.2 新型墙体材料
• 第九章 结论与展望
• 9.1 理论与试验结果对比分析的结论
• 9.2 课题研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢