復(fù)式鋼管混凝土柱承載力研究.pdf

1、由于復(fù)式鋼管混凝土具有良好的力學(xué)性能，施工方便、安全，近年來，在土木工程、公路橋梁等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為了加固現(xiàn)存的鋼管混凝土柱，避免在尺度較大的柱中采用管壁厚度較大的鋼管(因厚度板材供應(yīng)和加工制作比較困難)，采用由多重鋼管組成的復(fù)式鋼管混凝土柱將是發(fā)展的方向。目前復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的主要截面形式為內(nèi)圓外圓和內(nèi)圓外方兩種。圓形截面的復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)閳A鋼管對核心混凝土均勻的“約束”而具有良好的性能。方形截面復(fù)式鋼管混凝土由于形式

2、簡單而節(jié)點(diǎn)處理相對較容易。本文主要對內(nèi)圓外圓和內(nèi)圓外方截面的復(fù)式鋼管混凝土柱的承載力進(jìn)行研究，并將理論分析結(jié)果同文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果相比較，取得了較好的研究成果。 首先，運(yùn)用俞茂宏統(tǒng)一強(qiáng)度理論對內(nèi)圓外圓和內(nèi)圓外方截面形式的復(fù)式鋼管混凝土軸壓和偏壓柱進(jìn)行了理論分析，得出了復(fù)式鋼管混凝土柱承載力公式的統(tǒng)一解，分析了影響統(tǒng)一解的各種因素，將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)進(jìn)行對比吻合較好，從而驗(yàn)證了理論公式的正確性和可行性。(1)通過本文的計(jì)算結(jié)果可以看出采

3、用統(tǒng)一強(qiáng)度理論計(jì)算的理論結(jié)果與文獻(xiàn)資料結(jié)果誤差較小，說明俞茂宏統(tǒng)一理論對于復(fù)式鋼管混凝土的計(jì)算合理，且對內(nèi)圓外方復(fù)式鋼管混凝土柱將方形截面轉(zhuǎn)換為圓形截面是可行的。(2)在本文研究的復(fù)式鋼管混凝土承載力計(jì)算公式中影響其承載力的主要因素是材料的拉壓比和中間切應(yīng)力，以及混凝土的內(nèi)摩擦角。承載力隨著鋼材的拉壓強(qiáng)度比的增大而增大；混凝土的內(nèi)摩擦角增大，相應(yīng)的系數(shù)k值增大，復(fù)式鋼管混凝土的承載力也相應(yīng)增大；承載力還隨著材料破壞影響程度系數(shù)b值的增大

4、而增大。(3)在內(nèi)圓外方實(shí)心鋼管混凝土截面尺寸保持不變的情況下，圓鋼管的屈服強(qiáng)度、壁厚、管徑及圓鋼管本身的承載力是影響復(fù)式鋼管混凝土承載力的主要因素。當(dāng)圓鋼管的管徑及屈服強(qiáng)度一定時(shí)，復(fù)式鋼管混凝土的承載力隨著圓鋼管厚度的增加而提高；當(dāng)圓鋼管的屈服強(qiáng)度和厚度一定時(shí)，內(nèi)圓外方實(shí)心鋼管混凝土的承載力隨著管徑的增大而提高。 其次，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，利用大型有限元軟件ANSYS8.0，對鋼材采用VonMises屈服條件和等向強(qiáng)化本構(gòu)

5、關(guān)系，對混凝土采用William-Warnke五參數(shù)破壞準(zhǔn)則和彈塑性本構(gòu)關(guān)系，首次采用三維實(shí)體單元對圓中空夾層和方中空夾層復(fù)式鋼管混凝土柱進(jìn)行了三維模擬，分析了在軸壓作用下兩種形式的復(fù)式鋼管混凝土柱受力性能和破壞特征，較為精確地分析了極限承載力，得到了荷載一位移曲線，并通過計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行比較分析，結(jié)果吻合較好。從而驗(yàn)證了用ANSYS軟件計(jì)算模型建立、網(wǎng)格劃分和加載方法的合理性和正確性。通過ANSYS分析得出：(1)圓中空夾層

6、復(fù)式鋼管混凝土柱在達(dá)到極限荷載時(shí)，內(nèi)外鋼管已經(jīng)達(dá)到屈服，外鋼管由于兩端約束的緣故而形成應(yīng)力從兩端向中間逐漸遞減，外鋼管應(yīng)力兩端呈對稱分布。外鋼管四周的夾層混凝土被壓碎，而內(nèi)鋼管四周的混凝土尚未被壓碎，體現(xiàn)了內(nèi)鋼管的增強(qiáng)作用。試件中間凸出，變形較大。(2)方中空夾層復(fù)式鋼管混凝土柱在極限荷載狀態(tài)下，外部方鋼管四個(gè)面應(yīng)力分布相同，兩端對稱，端部應(yīng)力由于約束的原因較中間部分大，中間部分由于混凝土壓潰而使外部鋼管受力不均勻。方中空夾層鋼管混凝土