钢管轻骨料混凝土柱的承载力分析

论文摘要

钢管轻骨料混凝土柱具有承载力高、自重轻、抗震性能好、耐火性能优良以及改善环境等优点。因此,本文对普通和复式钢管轻骨料混凝土柱的承载力进行了研究,并与试验和数值模拟进行了对比,吻合良好。为钢管轻骨料混凝土柱的设计提供一些理论基础。首先,依据俞茂宏的双剪统一强度理论研究普通钢管轻骨料混凝土柱的轴心受压问题,充分考虑紧箍力对钢管和核心轻骨料混凝土的双向影响,得到了钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力计算式;又依据规范考虑长细比影响的承载力折减系数,得出了钢管轻骨料混凝土轴压长柱的承载力计算式。与试验数据进行了对比分析,结果吻合良好。其次,运用双剪统一强度理论对圆中空夹层和内圆外方中空夹层的复式钢管轻骨料混凝土柱的轴压性能进行了理论分析,得出了复式钢管轻骨料混凝土柱的承载力公式的统一解。最后,利用大型有限元软件ANSYS9.0,对钢材采用Mises屈服准则和等向强化本构关系,对混凝土采用William-Warnke五参数破坏准则和弹塑性本构关系,采用三维实体单元对圆中空夹层和内圆外方钢管混凝土柱进行了三维模拟,分析了轴压作用下两种形式的复式钢管轻骨料混凝土柱的受力性能和破坏特征,较为精确地分析了极限承载力,得到了荷载-位移曲线。并与本文的计算结果进行了分析比较,结果吻合较好。从而验证了本文复式钢管轻骨料混凝土柱的承载力公式统一解的正确性,同时验证了运用ANSYS软件建立的计算模型、网格划分和加载方法的合理性。研究结果表明:（1）圆中空夹层钢管轻骨料混凝土柱在达到极限荷载时,内外钢管均已达到屈服,外钢管靠近两端部位应力较大且呈对称分布。外钢管四周的轻骨料混凝土已被压碎,而内钢管四周的混凝土尚未压碎,体现了内钢管的增强作用。（2）内圆外方中空夹层钢管轻骨料混凝土柱在极限荷载状态下,外部四面应力分布相同,两端对称,夹层混凝土在极限状态时已全部压碎,内外钢管均屈服。（3）两种截面形式计算得出的P?Δ曲线都体现了在极限荷载作用时,钢管对试件承载力的提高不是起主要作用,而是充分发挥了对核心混凝土的约束套箍作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 钢管混凝土结构的发展与应用
• 1.1.2 结构用轻骨料混凝土的应用
• 1.1.3 钢管轻骨料混凝土的研究现状
• 1.2 问题的提出及本文的目的和内容
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 本文研究的目的和内容
• 第二章 钢管轻骨料混凝土柱的承载力分析
• 2.1 钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力分析
• 2.1.1 双剪统一强度理论
• 2.1.2 钢管和核心混凝土的应力-应变关系
• 2.1.3 钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力分析
• 2.1.4 试验验证
• 2.2 钢管轻骨料混凝土轴压长柱的极限承载力分析
• 2.2.1 钢管和核心混凝土的应力-应变关系
• 2.2.2 钢管轻骨料混凝土轴压长柱的极限承载力分析
• 2.2.3 试验验证
• 2.3 本章小节
• 第三章 复式钢管轻骨料混凝土柱的承载力分析
• 3.1 圆中空夹层钢管轻骨料混凝土柱承载力
• 3.1.1 钢管和核心混凝土的应力-应变关系
• 3.1.2 圆中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力统一解
• 3.1.3 圆中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力统一解的应用
• 3.2 内圆外方中空夹层钢管轻骨料混凝土柱承载力
• 3.2.1 钢管和核心混凝土的应力-应变关系
• 3.2.2 内圆外方中空夹层钢管轻骨料混凝土柱轴压承载力统一解
• 3.2.3 内圆外方中空夹层钢管轻骨料混凝土柱轴压承载力统一解的应用
• 3.3 本章小节
• 第四章 钢管轻骨料混凝土柱的有限元分析
• 4.1 有限单元法概述
• 4.2 非线性分析与ANSYS 的结合
• 4.3 材料本构模型
• 4.3.1 圆中空夹层钢管混凝土材料的本构模型
• 4.3.2 内圆外方中空夹层钢管混凝土材料的本构模型
• 4.3.3 钢管与混凝土之间的粘结
• 4.4 有限元分析
• 4.4.1 单元类型及材料模型的选取
• 4.4.2 圆中空夹层钢管混凝土柱有限元分析
• 4.4.3 内圆外方中空夹层钢管混凝土柱有限元分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢