鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管中填充素混凝土而形成的一種組合結(jié)構(gòu)，是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、螺旋配筋混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)中，鋼管與混凝土協(xié)同工作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，克服了二者單獨(dú)受力時(shí)的缺陷，使其極限承載能力得到大幅提高，延性和塑性性能得到較大的改善，較之其他結(jié)構(gòu)形式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)了建筑工程的現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 本文針對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，以及目前對(duì)該種結(jié)構(gòu)的

2、研究現(xiàn)狀和實(shí)際使用中存在的問題，通過試驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法，研究了鋼管混凝土構(gòu)件的約束效應(yīng)、短柱承載力計(jì)算及影響因素、中長(zhǎng)柱的穩(wěn)定承載力計(jì)算及影響因素，以及鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力性能和抗震性能；所得的研究成果可供工程設(shè)計(jì)人員參考并指導(dǎo)工程實(shí)踐。 在鋼管混凝土約束效應(yīng)系數(shù)的研究中，從分析核心混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)出發(fā)，建立了約束效應(yīng)系數(shù)ξ(ξ=fyAs/fckAc)與混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)k之間的關(guān)系，得出了能有效約束核心混凝土橫向變形

3、的約束效應(yīng)系數(shù)的有效范圍，并確定了核心混凝土強(qiáng)度提高值與約束效應(yīng)的關(guān)系，明確了鋼管混凝土構(gòu)件承載能力提高的原因。 引入第四強(qiáng)度理論(即形狀比能理論)，分析鋼管混凝土短柱的承載能力，建立了鋼管進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力計(jì)算公式和核心混凝土的破壞準(zhǔn)則，并確定了約束力與混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)之間的關(guān)系，最終得出鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力計(jì)算公式。基于理論分析，進(jìn)行了四組不同約束效應(yīng)系數(shù)的鋼管混凝土軸壓短柱承載力的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算

4、結(jié)果吻合較好。同時(shí)，通過對(duì)構(gòu)件受力過程的分析，認(rèn)為將構(gòu)件的受力分為兩個(gè)階段即使用階段和極限階段，更為合理，并推薦了兩個(gè)階段的承載力計(jì)算公式，且計(jì)算結(jié)果基本能反映構(gòu)件的工作狀態(tài)，可用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。 本文采用兩種方法，即切線模量法和綜合切線模量法，推導(dǎo)了鋼管混凝土軸心受壓中長(zhǎng)柱穩(wěn)定承載力的計(jì)算方式；公式中充分考慮了鋼管與混凝土的相互作用，所得到的計(jì)算公式物理概念明確、計(jì)算簡(jiǎn)捷；在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對(duì)五種不同長(zhǎng)細(xì)比(λ=4L/D)共

5、14根鋼管混凝土軸心受壓中長(zhǎng)柱進(jìn)行了穩(wěn)定承載力的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)中測(cè)試了柱各受力階段的應(yīng)力、變形和承載能力，經(jīng)與理論計(jì)算結(jié)果比較，兩者吻合較好，說明本文提出的穩(wěn)定承載力計(jì)算公式是可行的，適用于鋼管混凝土軸心受壓長(zhǎng)柱的穩(wěn)定承載力計(jì)算。經(jīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土中長(zhǎng)柱發(fā)生彈塑性失穩(wěn)破壞，其穩(wěn)定承載力對(duì)長(zhǎng)細(xì)比的變化并不敏感；在本試驗(yàn)的長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi)，其穩(wěn)定承載力可用短柱的極限承載力計(jì)算公式加一個(gè)穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，且結(jié)果與實(shí)測(cè)值非常吻合。

6、 通過對(duì)兩榀具有同一外形尺寸和相同材料的鋼管混凝土框架的試驗(yàn)研究，研究分析了該種結(jié)構(gòu)在低周反復(fù)荷載作用下的承載力、變形和結(jié)構(gòu)延性等參數(shù)指標(biāo)。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用極限分析中的極值原理對(duì)鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了極限分析，首先擬定與試驗(yàn)結(jié)果相一致的結(jié)構(gòu)倒塌破壞模式，然后根據(jù)虛功原理建立了鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)時(shí)極限承載力的計(jì)算公式。提出了鋼管混凝土框架彈性抗側(cè)剛度的計(jì)算方法，并探討了鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，將試驗(yàn)研究結(jié)果與