多边形空心钢管混凝土强度及稳定承载力研究

论文摘要

空心钢管混凝土是一种将混凝土浇灌在钢管内经离心或预制成型并通过蒸汽养护制成的空心复合构件。它有弹塑性好、刚度大、自重轻、可工厂预制等优点。近年来国内外工程中已较为广泛地应用了实心圆形及方矩形钢管混凝土结构。但对于空心钢管混凝土,尤其是空心多边形钢管混凝土结构的工程实践则尚少见,原因之一是空心多边形的力学性能更加复杂,理论研究尚未成熟,没有相应的设计规程。本课题研究的目的是通过分析在单一及组合应力作用下的方形及八边形空心钢管混凝土的强度及稳定承载力受力性能,运用统一思想下的连续性理论总结出强度及稳定承载力计算公式,很好地反映了钢管混凝土构件其工作性能的连续性和相关性,可供设计采用。本文首先采用通用有限元分析软件ABAQUS建立单一及组合应力作用下的方形及八边形空心钢管混凝土有限元模型,将其分别与已有的轴压、纯弯和偏压情况下的试验构件进行对比,验证了有限元模型的适用性。接着对单一应力作用下的方形及八边形空心钢管混凝土的受力性能进行分析,从理论出发并结合已有的大量试验研究,总结出轴压短柱抗压承载力、轴压长柱稳定承载力和纯弯构件抗弯承载力计算公式,并用有限元软件模拟了一系列轴压短柱、轴压长柱和纯弯构件,公式计算结果与试验值、有限元模拟值吻合良好。最后研究空心构件在轴压和弯矩组合作用下的工作机理和承载力相关关系,利用有限元模拟的一系列偏压构件,通过适当简化处理得到偏压构件稳定承载力的相关公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土结构简介
• 1.2 空心钢管混凝土结构的概念
• 1.3 国内外的研究现状及分析
• 1.3.1 相关试验研究
• 1.3.2 相关理论研究
• 1.3.3 有限元研究
• 1.4 课题研究背景与意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 有限元分析模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 材料本构关系及其参数确定
• 2.2.1 混凝土的本构关系及其参数确定
• 2.2.2 钢材的本构关系及其参数确定
• 2.3 有限元模型
• 2.3.1 几何模型
• 2.3.2 加载过程及相关参数说明
• 2.4 有限元结果与试验结果的对比
• 2.4.1 轴压短柱
• 2.4.2 轴压长柱
• 2.4.3 纯弯构件
• 2.4.4 偏压构件
• 2.5 本章小结
• 第3章 多边形空心钢管混凝土轴压构件受力分析
• 3.1 引言
• 3.2 轴心受压短柱
• 3.2.1 基本理论
• 3.2.2 方形构件
• 3.2.3 八边形构件
• 3.2.4 公式汇总
• 3.3 轴心受压长柱
• 3.3.1 稳定系数公式形式
• 3.3.2 公式中参数确定
• 3.3.3 稳定承载力
• 3.3.4 有限元结果与公式结果比较
• 3.3.5 公式汇总
• 3.4 本章小结
• 第4章 多边形空心钢管混凝土纯弯构件受力分析
• 4.1 引言
• 4.2 理论假设和受力分析
• 4.3 方形构件
• 4.3.1 受压区高度计算
• 4.3.2 受弯极限承载力计算
• 4.3.3 有限元结果与公式结果比较
• 4.4 八边形构件
• 4.4.1 受压区高度计算
• 4.4.2 受弯极限承载力计算
• 4.4.3 有限元结果与公式结果比较
• 4.5 实用简化公式
• 4.6 本章小结
• 第5章 多边形空心钢管混凝土偏压构件受力分析
• 5.1 引言
• 5.2 工作特点及压弯组合作用路径
• 5.3 偏心受力构件的相关方程
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢