空心钢管混凝土刚度及火灾下轴压承载力的研究

论文摘要

在实际工程中,空心钢管混凝土结构的应用越来越广泛。在空心钢管混凝土结构的设计中需要知道柱的线刚度进而求出抗侧移刚度;需要知道梁的线刚度和柱的线刚度,从而利用D值法计算结构在水平荷载下的响应;在空心钢管混凝土构件承载力校合方面需要知道刚度以确定最大应力。然而空心钢管混凝土作为一种组合结构会在使用过程中由于相互作用而产生套箍作用,混凝土会由于受拉而开裂,从而使得其整体刚度不再是二者的简单叠加,本文先分析其受力后的工作机理,考虑材料的非线性及二者实际的工作状态,从理论上得到整体的轴压刚度,受弯刚度,然后利用大型有限元软件ABAQUS对构件进行模拟计算,利用模拟结果验证理论刚度公式并修正之。空心钢管混凝土柱作为结构的重要承载部位,其受火后的承载力变化十分明显,对结构整体的抗火性能有着非常重要的制约作用,因此研究空心钢管混凝土柱受火后的承载力非常重要。本文考虑材料力学性能的非线性,材料热工性能随温度而变化的特性,二者的套箍效应等因素,利用有限元软件ABAQUS模拟四周均匀受火的空心钢管混凝土的轴压承载力,得到其与常温下承载力的比值系数表格,为工程实际抗火提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.1.1 空心钢管混凝土的特点
• 1.1.2 空心钢管混凝土在结构工程中的应用
• 1.1.3 空心钢管混凝土在防火工程中的应用
• 1.2 空心钢管混凝土刚度及受火后承载力研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 中国（实心钢管砼）研究现状
• 1.3 本文研究的内容和方法
• 第2章 空心钢管混凝土受压构件轴压刚度的推导及有限元验证
• 2.1 有限元模型的建立及验证
• 2.1.1 材料本构模型
• 2.1.2 几何模型
• 2.1.3 实验验证
• 2.2 轴压刚度的理论推导
• 2.3 对理论刚度公式的验证
• 2.4 对空心钢管混凝土讨论稿的建议
• 2.5 本章小结
• 第3章 空心钢管混凝土抗弯刚度推导及验证
• 3.1 有限元模型的建立及验证
• 3.1.1 材料模型
• 3.1.2 几何模型
• 3.1.3 实验验证
• 3.2 空心钢管混凝土抗弯刚度的理论推导
• 3.2.1 理论来源
• 3.2.2 受压构件抗弯刚度推导
• 3.2.3 受弯构件抗弯刚度的推导
• 3.3 有限元模型对理论公式进行验证
• 3.4 对空心钢管混凝土规范讨论稿的建议
• 3.5 本章小结
• 第4章 空心钢管混凝土受火后轴压承载力研究
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型对温度场的求解及验证
• 4.2.1 热传导方程及其求解
• 4.2.2 材料的热工性能
• 4.2.3 温度场有限元模型的实验验证
• 4.3 有限元对受火后承载力的模拟及实验验证
• 4.3.1 材料在高温下力学性能
• 4.3.2 力学分析有限元模型的实验验证
• 4.4 火灾下轴压承载力影响因素分析
• 4.4.1 材料对K值的影响
• 4.4.2 对K曲线正确性的证明
• 4.4.3 截面尺寸对K曲线的影响
• 4.5 空心钢管混凝土轴压承载力计算
• 结论
• 参考文献
• 致谢