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矩形钢管混凝土柱力学性能研究

李黎明  
【摘要】: 钢结构住宅是我国“十一五”计划重点发展的结构形式,而矩形钢管混凝土结构因其独特的力学性能在钢结构住宅中逐渐得到越来越广泛的应用。然而,目前对于方矩钢管混凝土结构的研究尚不够深入,对该种结构的计算理论以及其内部工作机理还不明确,设计方法还不成熟。因此,有必要对矩形钢管混凝土结构的有限元模型和设计理论进行进一步的研究。 通过分析比较国内外对矩形钢管混凝土结构中钢材和核心混凝土本构关系的研究成果,得到钢材的本构关系;在确定核心混凝土本构关系时,同时考虑了钢管对核心混凝土的约束效应和截面高宽比的影响。 目前,我国有三种关于矩形钢管混凝土结构的计算理论——统一理论、拟钢理论和叠加理论。这三种理论各有优缺点,它们的主要分歧在于对钢管与核心混凝土界面受力状态的认识不同。本文通过一组矩形钢管混凝土构件的推出试验,并结合国内外现有研究成果,得到钢管与核心混凝土界面的荷载-滑移曲线。结合有限元分析结果,证明在矩形钢管混凝土构件中,钢管与核心混凝土之间属于“弱连接”。 在材料本构关系的基础上,为研究矩形钢管混凝土轴压短试件、纯弯试件、轴压长试件和压弯试件的力学性能,利用有限条分法,采用FORTRAN语言编制了有限元程序,经过对国内外相关试验结果的对比分析,证明了有限元程序的可靠性。在此基础上,参考矩形钢管混凝土构件超声波检测试验和剖切试验的相关成果,提出了一系列简化的计算公式,经与实验结果的验证分析,表明这些公式精度较高,可供工程实践参考。为方便工程实际应用,采用VB编制了可用于工程设计的矩形钢管混凝土构件计算程序。 分析了目前矩形钢管混凝土结构动力性能研究现状,提出钢材、核心混凝土和二者之间的粘结界面在往复荷载下的本构关系,以此为基础,分别编制了分析矩形钢管混凝土构件弯矩-曲率滞回性能和荷载-位移性能的有限元程序。经过与国内外相关试验结果的对比,表明该程序可以有效地分析矩形钢管混凝土的滞回性能。在此基础上,本文提出了矩形钢管混凝土结构的恢复力模型,并对它的可靠性进行了验证。


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