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矩形钢管混凝土短柱的数值试验

张雪冬  
【摘要】: 近20年来,随着建筑材料和技术的发展,钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中。钢管混凝土按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。矩形钢管混凝土相比圆形钢管混凝土有着与梁连接简单;稳定性能好:防火造价低等优势。 矩形钢管混凝土柱在受压时,钢管和混凝土之间的相互作用相当复杂,因此,在受压的过程中,钢管和混凝土的受力和破坏情况都无法通过计算或者分析得出,在试验时,由于不能将钢管破坏掉观察内部情况,只能在试验结束后进行切割观测,在加载中的各个过程中,钢管和混凝土分别是怎么破坏的,钢管和混凝土之间的相互作用也无从判断。 本文采用材料细观单元强度具有weibull分布的假设,认为细观非均匀性是造成准脆性材料宏观非线性的根本原因,通过使用利用该原理开发的RFPA软件对已经做过的矩形钢管混凝土柱轴压试验进行模拟试验,利用软件的功能,对钢管混凝土柱进行切剖观察,详细分析在整个加载过程中,钢管和混凝土之间的相互作用,以及在加载的各个阶段钢管和混凝土的破坏情况和受力情况。研究结果表明:(1)矩形钢管混凝土轴心受压柱具有良好的承载力和抗变形能力。(2)在N-ε曲线的第一下降段出现了钢管与混凝土的剥离的现象,下降段的快慢与钢管与混凝土之间的粘结力有关。(3)进入平缓段以后,构件的承载力与钢材的抗压强度有关系。 同时,本文还对一种前人没有研究过的矩形钢管混凝土柱的偏心受载情况,采用适于轴压数值模拟试验的模型参数,进行了数值实验,并对此种受载情况下的钢管混凝土柱的极限荷载、破坏形态、过程、机理等特点进行了详细的分析。(1)刚开始加载时,最大应力集中在搭接面以下的一个三角形区域内。(2)这种情况的极限荷载是发生在钢管在搭接处的“撕裂”的时候。(3)在整个加载过程中混凝土出现了两条主要裂纹。(4)这种偏心受压造成的柱身的变形与偏心率有关。由于在矩形钢管混凝土方面,对偏心的研究相当少,希望以此来代替或者部分代替真实试验,以对钢管混凝土偏心的研究提出一些参考。


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