新型钢管混凝土叠合柱轴压力学性能研究

论文摘要

钢管混凝土承载力高、延性好,但钢管暴露在空气中,在火灾作用下容易丧失承载力。而钢筋混凝土的耐火性能要优于钢管混凝土构件。因此由内部钢管混凝土柱和外包钢筋混凝土组合而成的钢管混凝土叠合柱有望同时具有两者的优点。在此背景下,钢管混凝土叠合柱受到越来越多研究者们的关注,且被逐渐应用于建筑工程和桥梁工程中。但目前对其轴压力学性能的研究还不够深入,特别是对含多管的新型中空钢管混凝土叠合柱的研究仍处于起步阶段。本文采用试验研究和理论分析相结合的方法,深入研究钢管混凝土叠合柱的轴压力学性能。主要进行了以下几个方面的工作：(1)首先较为系统地综述了国内外相关的研究现状,以论证本课题研究的必要性。(2)进行了12个钢管混凝土叠合柱的轴压试验,其中包括4个方形实心叠合柱、4个圆形实心叠合柱以及4个方形中空叠合柱。试验的参数包括管内混凝土强度和截面类型,主要分析不同参数对叠合柱破坏形态、极限承载力和延性的影响规律。研究结果表明圆形钢管混凝土叠合柱比方形钢管混凝土叠合柱的承载力高；实心截面构件的延性明显优于中空截面的构件。(3)建立有限元模型,比较了几种混凝土模型,最终确定较为合适的混凝土本构模型。该模型的合理性得到了38个实验数据的充分验证。(4)基于有限元模型进行了深入的机理分析。主要分析叠合柱的破坏模态、荷载分配比例、应力、应变和接触力的分布规律。同时还进行了大量的参数分析,主要分析管外混凝土强度、管内混凝土强度、钢管屈服强度、含钢管混凝土率、箍筋间距和长细比等参数对构件承载力的影响规律。研究表明提高混凝土强度、钢管混凝土屈服强度和含钢管混凝土率可有效的提高叠合柱的承载力；外包混凝土的峰值应变约等于0.0022。(5)最终基于机理分析和参数分析的结论,建议了钢管混凝土叠合柱的强度和稳定承载力的计算公式,简化计算结果与试验结果吻合较好,可为工程实践提供参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的理论与实际意义
• 1.3 相关课题的研究现状
• 1.3.1 理论与试验研究
• 1.3.2 数值模拟
• 1.4 课题研究的必要性
• 1.5 本文的主要工作内容
• 第二章 钢管混凝土叠合柱的轴压试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验概述
• 2.2.1 构件设计
• 2.2.2 构件的制作
• 2.2.3 材料性能
• 2.2.4 试验方法和加载装置
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 试验现象
• 2.3.2 实测曲线
• 2.3.3 轴压强度分析
• 2.3.4 极限压应变
• 2.3.5 延性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢管混凝土叠合柱的有限元模拟
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.2.1 钢材和混凝土的应力-应变关系模型
• 3.2.2 接触关系
• 3.2.3 单元种类以及边界条件
• 3.3 模型的初步验证及修正
• 3.3.1 模型的初步验证
• 3.3.2 模型的修正
• 3.4 数据库及模型的进一步验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 机理分析及简化计算
• 4.1 引言
• 4.2 工作机理研究
• 4.2.1 方实心叠合构件
• 4.2.2 方中空叠合构件
• 4.3 参数分析
• 4.3.1 管内混凝土强度
• 4.3.2 管外混凝土强度
• 4.3.3 钢管的屈服强度
• 4.3.4 含钢管混凝土率
• 4.3.5 箍筋间距
• 4.4 强度承载力简化计算
• 4.4.1 现有主要的简化计算方法
• 4.4.2 建议的简化计算方法
• 4.4.3 公式验证
• 4.5 稳定承载力简化计算初探
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历