橢圓形鋼管混凝土基本性能的研究.pdf

1、鋼管混凝土(Concrete Filled Steel Tube，簡(jiǎn)稱 CFST)構(gòu)件是指在鋼管中填充混凝土而形成的一種組合構(gòu)件。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)充分結(jié)合了混凝土抗壓性能好和鋼材抗拉性能好的特點(diǎn)，具有承載力高，塑性和韌性佳，耐火性能好、抗震性能好、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)效果好等眾多優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)被越來(lái)越多地應(yīng)用于各種實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中。目前，鋼管混凝土采用的截面形式主要有圓形、正方形、矩形，國(guó)內(nèi)外有關(guān)橢圓形鋼管混凝土的研究及應(yīng)用相對(duì)較少。橢圓形截面

2、不僅可以滿足建筑美學(xué)方面的需求，而且提供與截面強(qiáng)軸和弱軸有關(guān)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。例如，相同截面面積或者重量下，橢圓形鋼管混凝土繞短軸的抗彎承載力明顯大于圓形截面與圓鋼管混凝土。此外，橢圓形截面可以有效折減沿橢圓形長(zhǎng)軸方向的風(fēng)荷載。因此，研究橢圓形鋼管混凝土的基本性能不僅可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外在橢圓形鋼管混凝土研究方面的空缺，而且可以為實(shí)際工程提供指導(dǎo)性的建議。
　　本課題研究的目的是通過(guò)研究不同截面形狀、不同的套箍系數(shù)的橢圓形鋼管混凝土的基本力學(xué)

3、性能，得到相關(guān)的結(jié)論，為橢圓形鋼管混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)；同時(shí)，通過(guò)CFD軟件對(duì)橢圓形截面進(jìn)行繞流數(shù)值模擬，得出不同雷諾數(shù)下橢圓形截面阻力系數(shù)，最終得到風(fēng)載計(jì)算公式。
　　本文首先采用通用的有限元軟件對(duì)圓鋼管混凝土的試驗(yàn)進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了采用有限元法研究鋼管混凝土基本性能的可行性。然后，采用相同的有限元方法對(duì)橢圓形鋼管混凝土構(gòu)件在不同的受力狀態(tài)下進(jìn)行仿真模擬。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)

4、方面：
　　1)通過(guò)有限元軟件對(duì)橢圓形鋼管混凝土軸心受壓短柱進(jìn)行模擬分析，研究截面形狀對(duì)套箍效應(yīng)的影響，得到橢圓形鋼管混凝土的組合強(qiáng)度計(jì)算公式。
　　2)對(duì)橢圓形鋼管混凝土軸壓長(zhǎng)柱分繞長(zhǎng)軸、短軸失穩(wěn)進(jìn)行有限元模擬，研究長(zhǎng)細(xì)比對(duì)穩(wěn)定承載力的影響，基于“統(tǒng)一理論”的思想，總結(jié)出橢圓形鋼管混凝土軸壓長(zhǎng)柱繞長(zhǎng)、短軸穩(wěn)定承載力計(jì)算公式。
　　3)采用塑性極限平衡法推導(dǎo)出橢圓形鋼管混凝土繞長(zhǎng)、短軸極限抗彎承載力理論計(jì)算公式，通過(guò)有

5、限元模擬結(jié)果驗(yàn)證抗彎承載力計(jì)算公式的正確性；基于“統(tǒng)一理論”的思想，得出橢圓形鋼管混凝土繞長(zhǎng)、短軸抗彎承載力實(shí)用計(jì)算公式。
　　4)對(duì)橢圓形鋼管混凝土繞長(zhǎng)軸、短軸偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行有限元模擬，得出N N M M～0/0/相關(guān)曲線，基于“統(tǒng)一理論”的思想，總結(jié)出橢圓形鋼管混凝土繞長(zhǎng)、短軸偏心受壓N N M M～相關(guān)方程。
　　5)通過(guò)CFD軟件對(duì)橢圓形截面沿長(zhǎng)軸繞流模擬，得出不同形狀橢圓形截面在不同雷諾數(shù)下的阻力系數(shù)，并與圓截面