空心薄壁钢管混凝土局部稳定性研究

论文摘要

近年来,由于空心钢管混凝土不仅可以充分发挥钢钢管和混凝土两种材料的优点,而且具有自重轻,便于施工和较高的经济效益等一系列优点,已被广泛应用于工程实践中。随着高性能钢材和高性能混凝土材料在空心钢管混凝土在工程中的日益广泛应用,空心钢管混凝土中钢管逐渐呈现薄壁化的趋势。工程实践表明,在钢管混凝土工程中采用薄壁钢管,可以减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低工程造价的目的。但随着钢管截面宽(径)厚比越来越大,当轴向压力较大时,钢管管壁就有可能发生局部屈曲,从而大大降低了整个构件的承载力与延性,因此对空心钢管混凝土局部屈曲问题的研究已成为热点问题之一。本文采用有限元软件ABAQUS对已有的空心钢管混凝土的试验进行了模拟分析,并将有限元结果与试验结果进行比较分析,验证了有限元模型正确性。为了在有限元分析时,比较方便地判断出空心薄壁钢管混凝土是否发生局部屈曲破坏,本文提出了屈强系数概念。这样可以通过分析不同情况下屈强系数的值来对空心薄壁钢管混凝土的局部稳定性能进行分析研究。本文分别分析研究了粘结力,钢管强度,混凝土强度,空心率和宽(径)厚比等参数变化对空心薄壁钢管混凝土局部屈曲性能的影响,并定量地确定出了不同截面形式的空心薄壁钢管混凝土局部屈曲时宽(径)厚比限值,为以后设计提供了依据。此外,本文还分别对不同截面形式空心薄壁钢管混凝土的局部稳定性能与其对应的空钢管局部稳定性能的进行了分析比较,研究了空心薄壁钢管混凝土中由于内填混凝土的存在,对构件局部稳定性能的影响程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 钢管混凝土结构概述
• 1.1.2 空心钢管混凝土结构概述
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 钢管混凝土局部稳定性的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 有限元理论及屈曲分析
• 2.1 有限元理论简介
• 2.1.1 有限元法的基本思想及分析步骤
• 2.1.2 非线性有限元的分析方法
• 2.1.3 收敛判断准则
• 2.2 屈曲分析在有限元软件中的实现
• 2.3 ABAQUS有限元屈曲程序验证
• 2.3.1 四边简支板屈曲荷载经典理论解
• 2.3.2 四边简支板有限元建模及分析
• 2.3.3 四边简支板屈曲荷载有限元值和经典理论解比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 空心钢管混凝土有限元模型及验证
• 3.1 引言
• 3.2 材料本构关系模型
• 3.2.1 混凝土本构模型
• 3.2.2 钢材本构模型
• 3.3 空心钢管混凝土有限元计算模型
• 3.3.1 空心薄壁钢管混凝土柱初始缺陷的模拟
• 3.3.2 单元类型选取
• 3.3.3 几何模型和单元划分
• 3.3.4 加载及边界的实现
• 3.3.5 钢管与混凝土界面模型
• 3.3.6 非线性方程的求解
• 3.4 有限元模拟验证
• 3.4.1 薄壁方钢管混凝土柱的有限元模拟验证
• 3.4.2 空心薄壁方钢管混凝土柱的有限元模拟验证
• 3.4.3 空心薄壁八边形钢管混凝土柱的有限元模拟验证
• 3.4.4 空心十六边形钢管混凝土柱的有限元模拟验证
• 3.4.5 空心圆形钢管混凝土柱的有限元模拟验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 空心薄壁钢管混凝土发生局部屈曲时判断标准
• 4.3 空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲性能分析
• 4.3.1 法向粘结力对构件屈曲性能的影响
• 4.3.2 空心薄壁方钢管混凝土柱的破坏形态分析
• 4.3.3 空心薄壁方钢管混凝土柱的荷载-位移曲线分析
• 4.3.4 混凝土强度变化对构件屈曲性能的影响
• 4.3.5 钢材强度变化对对构件屈曲性能的影响
• 4.3.6 空心率变化对对构件屈曲性能的影响
• 4.3.7 宽厚比变化对构件屈曲性能的影响
• 4.3.8 空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲宽厚比限值的确定
• 4.4 空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲宽厚比限值的比较
• 4.4.1 与现行规范比较
• 4.4.2 与其它结果的比较
• 4.5 与空方钢管局部屈曲性能的比较
• 4.5.1 带有一阶屈曲模态初始缺陷的空方钢管局部屈曲分析
• 4.5.2 带有特殊初始缺陷的空方钢管局部屈曲分析
• 4.5.3 与空方钢管局部屈曲性能的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 空心薄壁多边形和圆形钢管混凝土柱局部屈曲性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 空心薄壁八边形钢管混凝土柱局部屈曲性能分析
• 5.2.1 空心薄壁八边形钢管混凝土柱的破坏形态分析
• 5.2.2 空心薄壁八边形钢管混凝土柱的应变-荷载曲线分析
• 5.2.3 混凝土强度变化对屈曲性能的影响
• 5.2.4 钢材强度变化对屈曲性能的影响
• 5.2.5 空心率变化对屈曲性能的影响
• 5.2.6 宽厚比变化与屈曲性能的影响
• 5.2.7 空心薄壁八边形钢管混凝土柱宽厚比限值的确定
• 5.2.8 与空八边形钢管局部屈曲性能的比较
• 5.3 空心薄壁十六边形钢管混凝土柱局部屈曲性能分析
• 5.3.1 径厚比变化对构件屈曲性能的影响
• 5.3.2 与空十六边形钢管局部屈曲性能的比较
• 5.4 空心薄壁圆形钢管混凝土柱局部屈曲性能分析
• 5.4.1 径厚比变化对构件屈曲性能的影响
• 5.4.2 空心薄壁圆钢管混凝土柱径厚比限值的比较
• 5.5 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