钢管混凝土构件抗剪抗扭性能和标准的研究

论文摘要

钢管混凝土不仅能够综合利用钢材抗拉强度高和混凝土抗压强度高的特点,而且在受力过程中,钢管和混凝土将发生相互作用,因而其组合性能并非是钢管和混凝土的简单叠加。钢管混凝土由于钢管对混凝土的套箍作用,表现出了优越的力学性能,强度高,延性好。目前,钢管混凝土的大部分研究成果都是基于“统一理论”的,本文也以此理论为基础,进行了以下方面的研究:第一、钢管混凝土抗剪、抗扭刚度的理论研究。由于目前还没有很好的分析钢管混凝土剪切模量和扭转刚度的方法,已有的公式不仅形式相当复杂,而且完全是由回归拟合所得,缺乏理论依据,故本文对该问题进行了深入研究。首先从理论上对钢管混凝土受扭过程进行分析,把钢管混凝土的扭转过程分为三个阶段,即弹性段、弹塑性段和强化段;并分别采用经典弹性理论,二次抛物线拟合,等效空间桁架模型,得到了相应的扭转刚度和等效剪切模量的理论公式。第二、钢管混凝土抗剪、抗扭刚度的有限元验证。本文通过有限元分析对所得扭转刚度公式进行验证,分析了含钢率、钢材等级、混凝土等级、空心率的影响,对公式进行了修正,修正后理论计算结果与软件模拟结果吻合良好。第三、钢管混凝土抗剪、抗扭承载力的理论研究。本文对钢管混凝土的扭转性能进行了理论分析,得到了钢管混凝土抗扭承载力理论公式,在此基础上,根据钟善桐教授“统一理论”,得到了钢管混凝土等效抗剪极限强度和抗剪承载力的理论公式;然后本文将钢管混凝土的剪切屈服点表示成抗压屈服强度的形式,并得到了相应的实用公式;本文还对空心钢管混凝土的抗剪、抗扭承载力提出了新的分析思路,使得空心钢管混凝土的求解大为简化。第四、《空、实心钢管混凝土结构技术规程》的研究。本文以《空心钢管混凝土结构技术规程》为基础,对修订更加全面的《空、实心钢管混凝土结构技术规程》提出了建议,主要内容包括:1)在轴压强度方面:本文通过钢管混凝土轴压过程的受力分析,并通过有限元回归,对套箍系数进行修正,将原轴压强度公式拓展到椭圆形钢管混凝土和FRP管—钢管混凝土,从而使该公式应用更加广泛;2)在稳定性能方面:通过Koiter理论分析了钢管混凝土不同受力阶段与缺陷的关系,证明了施工阶段空钢管对局部缺陷很敏感,而成型后的钢管混凝土中对缺陷不敏感的结论,然后对基于边缘屈服准则并考虑整体缺陷的稳定系数公式进行化简,使其更加合理;3)在其他方面:纳入了钢管混凝土抗冲击、防火、再生和海砂钢管混凝土、钢管混凝土的连续性施工以及耐久性方面的最新研究成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 钢管混凝土简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 理论研究现状
• 1.3.2 钢管混凝土剪切及扭转性能的研究现状
• 1.3.3 钢管混凝土规程的研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 抗扭和抗剪刚度的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 钢管混凝土构件的扭转刚度
• 2.2.1 弹性段的扭转刚度
• 2.2.2 弹塑性段的扭转刚度
• 2.2.3 强化段的扭转刚度
• 2.3 钢管混凝土构件的抗剪刚度
• 2.4 本章小结
• 第3章 抗扭和抗剪刚度的有限元验证
• 3.1 引言
• 3.2 材料的本构模型及其参数的确定
• 3.2.1 钢材的本构模型及参数
• 3.2.2 混凝土的本构模型及参数
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.4 有限元模拟结果与试验结果的比较
• 3.5 扭转刚度的有限元的验证
• 3.5.1 含钢率的影响
• 3.5.2 混凝土等级的影响
• 3.5.3 钢材等级的影响
• 3.5.4 空心率的影响
• 3.6 钢管混凝土的等效剪切模量
• 3.7 本章小结
• 第4章 抗扭和抗剪承载力的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 钢管混凝土抗扭承载力的理论分析
• 4.3 钢管混凝土剪切强度的理论分析
• 4.4 钢管混凝土抗剪承载力的理论分析
• 4.5 钢管混凝土的抗剪强度实用公式
• 4.6 空心钢管混凝土的抗剪和抗扭承载力
• 4.7 本章小结
• 第5章 钢管混凝土标准的研究
• 5.1 前言
• 5.2 钢管混凝土柱的轴压强度
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 钢管混凝土轴压强度公式
• 5.2.3 椭圆钢管混凝土公式的推导
• 5.2.4 FRP 管钢管混凝土公式的推导
• 5.3 钢管混凝土柱的稳定系数
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 Koiter 理论简介
• 5.3.3 Koiter 理论在钢管混凝土中的应用
• 5.3.4 屈曲模态的耦合作用
• 5.3.5 初始缺陷的考虑方法
• 5.3.6 钢管混凝土的稳定计算公式
• 5.4 规程其它创新成果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢