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新型薄壁方钢管混凝土短柱的力学性能分析

葛月珍  
【摘要】:在钢管混凝土结构中,为了充分发挥材料性能,以达到节约钢材、降低工程造价的目的,可采用薄壁钢管代替普通钢管。实际上,在高层建筑结构中,由于底层柱截面尺寸较大,钢管混凝土柱截面边长(直径)与管壁厚度的比值均属于薄壁钢管的范围,因此该问题的研究具有普遍意义。薄壁钢管混凝土,由于宽厚比(或径厚比)较大,管壁在达到极限荷载之前就可能出现局部屈曲,使得钢管混凝土柱的承载力小于两种材料承载力的叠加。为了延缓或避免钢管壁的局部屈曲,增强结构的稳定性和适用性能,研究合理的构造措施不失为一种有效的方法。 本文以提高试件的整体变形能力为目的,首先总结了薄壁钢管混凝土柱的国内外研究现状及工程应用情况,为更好地解决薄壁钢管混凝土管壁屈曲导致失稳丧失承载能力的问题,进一步研究了设置横向长、短加强拉结钢筋并锚固于试件内部的构造方法。在实验研究的基础上,建立了合理的力学模型进行有限元计算与分析,较系统地研究短柱试件的受力机理和性能以及加强钢筋的有效作用,并与试验结果进行了比较。通过理论分析,明确了加强拉结钢筋的有效作用,给出了量化的延性指标;分析了钢管壁厚、拉结方式、混凝土强度等因素对试件承载力及变形性能的影响。 结果表明:对于承载力的影响,由大到小依次为钢管壁厚度、混凝土强度和加强拉结钢筋的形式;对于延性的影响,由大到小依次为混凝土的强度、加强拉结钢筋和钢管壁的厚度。配置长、短加强拉结钢筋明显地提高了试件的变形性能,以普通试件的平均延性系数2.30作为比照基准,配置短拉结钢筋的试件其平均延性系数为2.85,提高了24%;配置长拉结钢筋的试件平均延性系数为3.34,提高了45%。配置加强拉结钢筋后,试件的变形性能有了大幅度提高,结构使用安全性也得以增强。 本文对薄壁方钢管混凝土短柱的局部屈曲和承载力问题进行了理论分析,对薄壁方钢管混凝土短柱的延性等力学性能进行了进一步的研究,为工程设计与应用提供了依据。


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