钢管混凝土格构柱轴压性能的试验研究与分析

【摘要】： 钢管混凝土格构柱在建筑及桥梁领域已得到越来越广泛的应用。但是,目前对钢管混凝土格构柱受力性能开展的研究还比较少,现有设计计算方法主要是根据钢管混凝土或钢格构柱的相关研究成果推导得出,缺少试验结果验证,理论上也有待完善,因此有必要对钢管混凝土格构柱进行研究。本文通过模型试验、有限元数值计算和理论分析,对轴压作用下钢管混凝土格构柱的弹性稳定性能、极限承载力及剪力进行了研究,研究对象包括4种缀件布置形式的四(双)肢和三肢钢管混凝土格构柱。完成的工作和取得的成果主要包括: (1)以长细比为参数,对20个钢管混凝土格构柱(其中双肢柱6个、三肢和四肢柱各7个)进行了轴压试验,分析了构件的变形特征、变形过程、钢管混凝土柱肢的受力、缀管受力及长细比对极限承载力的影响。结果表明:钢管混凝土柱肢在加载过程中基本处于轴压或小偏压受力状态;极限承载力基本上随长细比的增大而减少,除此以外,初始缺陷对其也有一定影响。 (2)采用通用有限元软件ANSYS对本文完成的轴压钢管混凝土格构柱试验模型进行了弹性屈曲和大挠度弹塑性稳定性分析,并在此基础上分析了内填混凝土及缀件的截面形状对格构柱极限承载力的影响。 (3)采用等效的连续模型对钢管混凝土格构柱的弹性稳定性进行了分析,得出了两端简支,构件端部不约束剪切变形和完全约束剪切变形两种情况下,钢管混凝土格构柱弹性屈曲荷载的计算公式。 (4)对四(双)肢和三肢钢管混凝土格构柱的轴压极限承载力进行了参数分析。在大量有限元计算数据的基础上,提出了钢管混凝土格构柱极限承载力计算公式。 (5)对钢管混凝土格构柱的剪力进行分析,得到了四(双)肢和三肢钢管混凝土格构柱的剪力计算公式。