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不同截面空实心钢管混凝土轴压和复杂静力下统一理论的研究

黎玉婷  
【摘要】: 实心,空心钢管混凝土都是在钢管中填充混凝土而形成的复合构件,空心钢管混凝土是经离心或预制成型并通过蒸汽养护制成的空心组合构件。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,使混凝土的强度得以提高,塑性、韧性大为改善,同时避免或延缓钢管发生局部屈曲,保证钢管性能得以充分发挥。 目前对钢管混凝土构件在复杂受力下的强度和稳定承载力相关方程的研究是通过大量的有限元模型计算的基础上对结果进行拟合得出的,没有一套推导作为理论支撑。故本课题的研究目的是通过理论推导,得出钢管混凝土构件在复杂应力下的承载力相关方程的基本形式,再通过有限元模型计算对其进行验证和参数修正,将理论和计算统一。 首先本文在本课题组厚壁筒理论的研究成果上,将钢管混凝土轴压过程分解为轴压和平面应变过程,运用应力和应变协调推导出钢管混凝土轴压组合强度计算公式。该公式包含空心率,截面形状对套箍效应的影响。并在此基础上得出钢管混凝土轴压强度和稳定承载力计算公式。 然后将钢管混凝土等效为一个空间桁架,先不考虑套箍作用的影响,应用极限平衡理论,即不管加载历程和变形过程,直接根据结构处于极限状态时的平衡条件算出极限状态时的荷载数值,然后利用各结构元件中的内力与外荷载保持平衡的静力平衡条件建立静力平衡方程。 利用前面求平衡方程时等效的模型对复杂受力情况下进行受力分析,求出等效桁架中各杆的内力,确定其屈服破坏形态,最后得出屈服方程,利用前面的平衡方程,运算约去钢管,混凝土内力项得出各外力的承载力相关方程。然后考虑钢管和混凝土之间套箍作用的影响,对承载力相关方程中的各极限承载力项和组合项进行修正。 利用有限元分析软件建立各截面形式和空心率的钢管混凝土模型,用三维有限元模拟分析方法分别对压弯修正项和修正后的压弯剪扭承载力相关方程进行验证。并通过与以往的试验研究结果的对比进行试验验证。 最后通过6个多边形截面的钢管混凝土轴压试验验证轴压组合强度公式。


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