异形型钢混凝土柱受力性能的试验研究及有限元分析

论文摘要

近年来国内型钢混凝土与异形柱结构的应用日渐广泛,大量的研究成果已经证明了这两种结构体系的优点和适用性。作为这两种结构体系的结合,即异形型钢混凝土柱结构体系,具有这两种结构的优越性,同时较一般钢筋混凝土异形柱结构体系可明显提高延性和刚度,应用前景很好。展开这一方面的研究,既有理论意义又有实用价值。本课题以青岛万邦中心1#楼外框筒采用的异形型钢混凝土柱为研究背景。通过模型试验研究、理论研究和对相关文献的总结,探讨了这种异形型钢混凝土柱的破坏机理、承载力性能、以及相关参数对构件承载力的影响等问题。首先,通过对异形型钢混凝土柱的模型试验研究,考察了这种组合柱在不同轴力和水平力组合作用下的承载力和破坏机理。试验结果还表明构件承载力满足结构设计要求。其次,利用大型有限元软件ANSYS,建立这种异形型钢混凝土柱的组合式有限元模型,并进行非线性分析。通过计算得到组合柱的极限承载力以及混凝土、型钢的应力应变发展,并将计算结果与试验结果进行比较。计算结果与试验结果误差不大,说明所选择的有限元模型是合理的,进而可利用有限元分析进行更为深入的分析。再次,分析异形型钢混凝土柱在压弯受力状态下,混凝土强度、箍筋间距、含钢率和轴压比等因素对构件受力性能的影响,并绘出构件的N-M承载力相关曲线。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 概念
• 1.1.2 型钢混凝土结构的种类
• 1.1.3 型钢混凝土结构的优点
• 1.2 型钢混凝土结构在国内外的应用与研究现状
• 1.2.1 应用状况
• 1.2.2 试验研究现状
• 1.2.3 理论研究现状
• 1.2.4 数值模拟技术研究现状
• 1.3 异形柱受力性能的研究方法
• 1.3.1 型钢混凝土异形柱
• 1.3.2 异形柱的正截面承载力研究
• 1.4 本文的研究背景
• 1.5 本文的研究方法及内容
• 1.5.1 研究方法
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 异形型钢混凝柱承载力试验研究
• 2.1 试验概述
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 试验原理
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试件加工
• 2.2.2 测点布置
• 2.2.3 加载方案
• 2.2.4 加载制度
• 2.3 试验过程及结果分析
• 2.3.1 试验现象
• 2.3.2 主要试验结果
• 2.3.3 试验结果分析
• 第3章 有限元分析理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 有限元法基本理论
• 3.2.1 有限元法概述
• 3.2.2 塑性理论
• 3.2.3 数值计算方法
• 3.3 有限元分析软件ANSYS简介及应用方法
• 3.3.1 ANSYS软件简介
• 3.3.2 ANSYS程序分析流程
• 3.3.3 ANSYS程序对材料弹塑性分析的实现
• 第4章 异形型钢混凝土柱有限元模型建立及求解
• 4.1 建模方式的选取
• 4.2 模型单元类型的选取
• 4.2.1 混凝土
• 4.2.2 钢筋
• 4.2.3 型钢
• 4.3 材料本构模型的选取
• 4.3.1 混凝土的本构关系及破坏准则
• 4.3.2 混凝土的裂缝模式
• 4.3.3 混凝土压碎后的处理
• 4.3.4 型钢和钢筋的本构关系及屈服准则
• 4.4 有限元模型的建立
• 4.4.1 模型的设计
• 4.4.2 材料参数的设定
• 4.4.3 网格的划分
• 4.5 有限元模型的求解
• 4.5.1 约束及荷载
• 4.5.2 模型求解
• 4.5.3 收敛控制
• 第5章 有限元计算结果及其分析
• 5.1 有限元计算结果分析
• 5.1.1 有限元结果与试验结果比较
• 5.1.2 试件SRC-1有限元模拟结果分析
• 5.1.3 试件SRC-2有限元模拟结果分析
• 5.2 影响构件承载力的因素
• 5.2.1 前人研究总结
• 5.2.2 本文分析结果
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集