鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓組合柱受力性能與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、鋼骨-鋼管混凝土柱是在鋼管中插入鋼骨后充填混凝土而形成的現(xiàn)代新型組合柱。鋼骨-鋼管混凝土柱綜合了鋼骨混凝土柱和鋼管混凝土柱兩者的性能優(yōu)勢(shì),能夠滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)往大跨、重載、高聳及承受惡劣條件方向發(fā)展和工業(yè)化生產(chǎn)施工的要求。在總結(jié)鋼-混凝土組合柱以往研究成果的基礎(chǔ)上,本文對(duì)鋼骨-鋼管高性能混凝土組合柱在軸壓荷載下的受力性能和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為深入的試驗(yàn)與理論研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1、以套箍系數(shù)、配骨指標(biāo)和長(zhǎng)細(xì)比等為主要變

2、化參數(shù),進(jìn)行了9根鋼骨-鋼管高性能混凝土短柱和11根長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn),觀察并研究了這種新型組合柱在軸心壓力作用下的宏觀變形特征、破壞機(jī)理、破壞模式,較為系統(tǒng)地考察了鋼管壁厚、鋼骨截面面積、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)組合柱承載力的影響規(guī)律,對(duì)比了鋼骨-鋼管高性能混凝土柱和鋼管高性能混凝土柱、不同支座加載條件下鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱的力學(xué)性能差異。
　　 2、采用內(nèi)力分解分析法,得到了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱中鋼骨、鋼

3、管和核心混凝土應(yīng)力與試件縱向平均應(yīng)變(σ-ε1)的關(guān)系曲線,以及鋼骨、鋼管和核心混凝土三者的軸力分配關(guān)系。把處于復(fù)雜受力狀態(tài)的鋼骨、鋼管和核心混凝土綜合工作性能分解開(kāi)來(lái),對(duì)鋼骨、鋼管和核心混凝土的相互依賴(lài)關(guān)系和鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱的工作機(jī)理獲得了更明確和深刻的認(rèn)識(shí)。
　　 3、采用大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)平板支座加載條件下的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱進(jìn)行了非線性有限元分析,有限元分析的計(jì)算曲線與試驗(yàn)曲線吻合良

4、好,通過(guò)對(duì)試件在進(jìn)入彈塑性階段后不同受力階段中截面核心混凝土縱向應(yīng)力和等效應(yīng)力分布情況的研究,探討了鋼管和鋼骨翼緣對(duì)核心混凝土約束作用機(jī)理。
　　 4、基于疊加原理和極限平衡理論,推導(dǎo)了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱截面承載力計(jì)算公式;通過(guò)考察影響軸壓短柱承載力的各因素,在鋼管混凝土柱的基礎(chǔ)上首次引入加勁系數(shù)ζ作為鋼骨對(duì)鋼管混凝土的貢獻(xiàn)參數(shù),并依據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果,得到了基于回歸分析的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱極限承載力近似計(jì)算

5、公式;最后,對(duì)軸壓短柱各極限承載力計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
　　 5、根據(jù)穩(wěn)定理論和切線模量理論推導(dǎo)了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長(zhǎng)柱的彈性和彈塑性穩(wěn)定承載力,并得到了該組合柱發(fā)生彈性和彈塑性失穩(wěn)的界限長(zhǎng)細(xì)比表達(dá)式;結(jié)合鋼骨.鋼管高性能混凝土軸壓柱核心混凝土的受力特征,考慮鋼骨翼緣對(duì)核心混凝土約束效應(yīng)的貢獻(xiàn),提出了基于Saenz模型的核心混凝土等效單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型,采用所提出的模型對(duì)鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長(zhǎng)

6、柱的荷載-變形關(guān)系進(jìn)行了非線性全過(guò)程分析,計(jì)算曲線與試驗(yàn)曲線吻合良好,在此基礎(chǔ)上對(duì)軸壓長(zhǎng)柱穩(wěn)定系數(shù)的影響因素進(jìn)行了參數(shù)分析;提出了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長(zhǎng)柱承載力的實(shí)用計(jì)算公式;最后,對(duì)本文及其他學(xué)者所提出的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長(zhǎng)柱承載力計(jì)算方法進(jìn)行了比較分析。
　　 6、通過(guò)數(shù)學(xué)分析方法,得到了本文及其他學(xué)者所建立的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓柱承載力計(jì)算公式的統(tǒng)計(jì)參數(shù)表達(dá)式,采用JC法對(duì)鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱