设置钢筋加劲肋的方钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

论文摘要

方形钢管混凝土具有截面抗弯刚度大、节点构造简单、易于装修等特点,工程应用日益增多。但方钢管对核心混凝土的约束作用不均匀,承载力和延性较同等截面尺寸的圆钢管低,且管壁易发生局部屈曲。为了改善方钢管混凝土的受力性能,本文提出了一种设置钢筋加劲肋的方钢管混凝土新型构件,并开展了以下几方面工作:(1)进行了8个设置加劲肋的方钢管混凝土和2个普通的方钢管混凝土轴压短柱试验,观察并分析了试件的变形特点、破坏模式和破坏机理。研究结果表明:钢筋加劲肋可以防止钢板过早发生局部屈曲,增强钢管对核心混凝土的约束作用,改善了试件的延性和承载力。但由于钢管宽厚比较大,端部效应影响显著,试件易发生端部破坏。(2)基于本文和他人的试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS建立并验证了方钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,对比分析了不同加劲肋形式对方钢管混凝土构件的承载力、延性及变形能力的影响。结果表明,圆形箍筋和斜置的矩形钢筋加劲肋对试件承载力和延性的改善最为显著;钢筋加劲肋中与钢管壁垂直的钢筋段是提高构件延性及变形能力的主要因素。(3)基于试验研究及理论分析,提出了两种构造简单、施工方便、造价低廉并能有效改善钢管对混凝土约束效果的斜拉及对拉钢筋加劲肋形式,并分析了钢管屈服强度、含钢率、钢筋直径和屈服强度等参数对钢筋加强的方钢管混凝土构件力学性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 方钢管混凝土的特点及应用概况
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国内外对方形和矩形钢管混凝土轴压短柱的研究
• 1.2.2 国内外对延缓钢板局部屈曲的构造措施的研究
• 1.3 本文的主要研究内容与方法
• 第2章 设置钢筋加劲肋的方钢管混凝土轴压短柱试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验设计、制作及材料性能
• 2.2.2 试验装置与测点布置
• 2.3 试验现象及结果分析
• 2.3.1 试验现象及破坏模式
• 2.3.2 试验数据分析
• 2.4 本章小节
• 第3章 设置钢筋加劲肋的方钢管混凝土轴压短柱有限元模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 单元选取及网格划分
• 3.2.1 单元选取
• 3.2.2 材料的本构关系模型
• 3.3 钢管、混凝土与加劲肋的相互作用
• 3.3.1 钢管与混凝土的接触
• 3.3.2 加劲肋与混凝土之间的嵌固
• 3.3.3 加劲肋与钢管的焊接连接
• 3.4 钢管初始几何缺陷、边界条件及网格优化
• 3.4.1 钢管初始几何缺陷的施加
• 3.4.2 边界条件
• 3.5 其他参数的调试
• 3.5.1 混凝土塑性损伤模型的参数调试
• 3.5.2 硬接触与线性接触的选择
• 3.5.3 钢筋截面属性的设定
• 3.5.4 节点合并与几何合并的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 设置加劲肋的方钢管混凝土轴压短柱有限元模拟及参数分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型的验证
• 4.3 各种加劲肋的对比分析
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 加劲肋形式的优化分析
• 4.4.2 合理的加劲肋形式分析参数的选取
• 4.4.3 钢管屈服强度分析
• 4.4.4 钢板含钢率分析
• 4.4.5 钢筋屈服强度分析
• 4.4.6 钢筋含钢率分析
• 4.5 合理化建议
• 4.5.1 新的加劲肋形式的选取
• 4.5.2 新的加劲肋形式的性能分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢