鋼管混凝土組合力學(xué)性能及粘結(jié)滑移性能研究.pdf

1、鋼管混凝土由于具有許多優(yōu)點(diǎn)，因而在工程中得到越來越多的應(yīng)用。對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能的研究是目前工程界研究的熱點(diǎn)問題之一，但大多數(shù)的研究都集中在承載能力的研究和抗震性能的研究方面。目前國內(nèi)外對(duì)于鋼管混凝土協(xié)同工作和粘結(jié)滑移性能及粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系的研究還很少，有的也不夠深入。因此本文在總結(jié)國內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土組合力學(xué)性能和粘結(jié)滑移性能研究的基礎(chǔ)上，研究了鋼管混凝土彈性階段的緊箍力，從彈性理論出發(fā)，推導(dǎo)出了鋼管混凝土彈性階段緊箍力的計(jì)算公式，得到

2、了緊箍力與鋼材的泊松比、混凝土的泊松比、彈性模量比、含鋼率及核心混凝土上作用應(yīng)力之間的關(guān)系：對(duì)鋼管混凝土柱中荷載不同傳入方式下，鋼管與混凝土的軸向壓力分配進(jìn)行了研究，得到了各自的軸向壓力分配系數(shù)。得出了剪力傳遞長(zhǎng)度的計(jì)算公式及剪力傳遞范圍內(nèi)的粘結(jié)抗剪能力。
　　 基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論導(dǎo)出了鋼管混凝土組合彈性本構(gòu)關(guān)系，這一本構(gòu)關(guān)系為進(jìn)一步研究鋼管混凝土的彈塑性穩(wěn)定及疲勞等問題提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也得到了考慮緊箍作用下鋼管混凝土的組

3、合軸壓剛度的計(jì)算式。由理論計(jì)算公式得到的鋼管混凝土的組合軸壓剛度與統(tǒng)一理論計(jì)算的結(jié)果相近。
　　 鋼管混凝土的組合剛度，要比目前廣為采用的沒有考慮緊箍作用的換算剛度高，組合軸壓彈性模量也要比換算彈性模量高；組合軸壓剛度也比換算剛度要高，其差值隨含鋼率的增加而增大，隨混凝土強(qiáng)度的提高而略有降低。
　　 基于彈性力學(xué)中能量法和最小勢(shì)能原理，導(dǎo)出了鋼管混凝土柱在軸向壓力作用下的緊箍系數(shù)、組合軸壓彈性模量的理論計(jì)算公式。理論計(jì)算

4、公式算得的結(jié)果與按照統(tǒng)一理論所得的結(jié)果相近，也與按彈性理論得到的鋼管棍凝土受壓柱組合彈性模量理論公式所算得的結(jié)果相近。
　　 鋼管混凝土短柱的推出試驗(yàn)荷載—滑移曲線表現(xiàn)為兩種形式，一是曲線出現(xiàn)明顯的峰值點(diǎn)和隨后的下降段，二是曲線不出現(xiàn)峰值點(diǎn)和下降段，但有明顯的拐點(diǎn)。界面最大粘結(jié)力隨鋼管混凝土柱長(zhǎng)細(xì)比、徑厚比、含鋼率的變化而變化。節(jié)點(diǎn)推出試驗(yàn)中鋼管和'凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度要比短柱推出試驗(yàn)中的粘結(jié)強(qiáng)度高，粘結(jié)破壞荷載相應(yīng)也比短拄的要大

5、。軸壓試驗(yàn)中無論是A式加載還是B式加載，對(duì)短柱的極限承載力影響不大。
　　 通過對(duì)17個(gè)鋼管混凝土短柱及節(jié)點(diǎn)試件的試驗(yàn)，首先得到了9個(gè)短柱推出試驗(yàn)試件的荷載一滑移關(guān)系曲線，由此可得到推出試驗(yàn)試件的極限粘結(jié)荷載及極限粘結(jié)強(qiáng)度的大小，通過分析得到了影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素和粘結(jié)強(qiáng)度隨這些因素（長(zhǎng)細(xì)比、徑厚比、含鋼率、緊箍系數(shù)等）的變化規(guī)律。也得到了鋼管壁上的應(yīng)變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，經(jīng)進(jìn)一步分析得到了粘結(jié)強(qiáng)度隨位置及荷載變化的規(guī)

6、律，也確定出了剪力傳遞區(qū)的長(zhǎng)度以及粘結(jié)—滑移本構(gòu)關(guān)系。其次得到了4個(gè)軸壓試驗(yàn)試件的荷載一位移關(guān)系曲線，也得到了鋼管壁上的應(yīng)變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，得出了粘結(jié)強(qiáng)度隨位置及荷載變化的規(guī)律，并確定出了剪力傳遞區(qū)的長(zhǎng)度以及粘結(jié)—_滑移本構(gòu)關(guān)系。最后通過對(duì)2個(gè)節(jié)點(diǎn)推出試驗(yàn)試件和2個(gè)節(jié)點(diǎn)軸壓試驗(yàn)試件的試驗(yàn)，得到了荷載—位移關(guān)系曲線，同時(shí)得到了鋼管壁上的應(yīng)變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，得到了粘結(jié)強(qiáng)度隨位置及荷載變化的規(guī)律，確定出了剪力傳

7、遞區(qū)的長(zhǎng)度以及粘結(jié)—精移本構(gòu)關(guān)系。
　　 從理論上分析了鋼管應(yīng)力、鋼管與混凝土的粘結(jié)應(yīng)力及相對(duì)滑移的相互關(guān)系，通過數(shù)學(xué)分析，推導(dǎo)了鋼管應(yīng)力、鋼管與混凝土的粘結(jié)應(yīng)力及相對(duì)滑移的解析表達(dá)式。得到了粘結(jié)應(yīng)力—_滑移相互關(guān)系隨不同位置的變化規(guī)律。
　　 根據(jù)9個(gè)圓鋼管混凝土推出試件的試驗(yàn)結(jié)果，通過線性統(tǒng)計(jì)回歸得到了考慮長(zhǎng)細(xì)比、徑厚比、含鋼率、緊箍系數(shù)等影響因素的鋼管混凝土初始粘結(jié)破壞荷載、極限粘結(jié)破壞荷載、初始粘結(jié)強(qiáng)度、極限粘結(jié)

8、強(qiáng)度的計(jì)算公式，把由計(jì)算公式得到的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析和誤差分析。
　　 根據(jù)實(shí)測(cè)推出試件中鋼管外貼應(yīng)變片中的應(yīng)變隨位置的變化關(guān)系，推導(dǎo)了粘結(jié)應(yīng)力與外鋼管表面應(yīng)變的關(guān)系式，分析了粘結(jié)應(yīng)力沿圓鋼管混凝土柱高的分布規(guī)律，通過對(duì)圓鋼管應(yīng)變的量測(cè)發(fā)現(xiàn)粘結(jié)應(yīng)力沿柱高方向大體上服從指數(shù)分布。
　　 通過線性統(tǒng)計(jì)回歸得到的極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式，對(duì)圓鋼管混凝土鋼管先受力構(gòu)件力學(xué)性能的影響進(jìn)行了初步探討。通過分析可知，鋼管先受

9、力構(gòu)件的粘結(jié)強(qiáng)度大小直接影響到剪應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度的大?。坏珜?duì)鋼管混凝土極限承載力沒有顯著的影響，然而將會(huì)使構(gòu)件在較小的應(yīng)力下產(chǎn)生過大的變形。
　　 對(duì)9個(gè)推出試驗(yàn)試件進(jìn)行了非線性有限元計(jì)分析，得到了粘結(jié)破壞荷載及相應(yīng)的滑移值，計(jì)算結(jié)果都比試驗(yàn)值低，對(duì)計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)值相差的原因進(jìn)行了分析，但所有試件計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的比值很有規(guī)律性。總體說來，本文采用的有限元分析方法給出了較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
　　 在非線性有限元分析的推出模