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钢管轻集料混凝土中长柱稳定承载力研究

周文杰  
【摘要】:钢管轻集料混凝土是在钢管中填充轻集料混凝土而形成的一种新型钢管混凝土结构形式。与钢管普通混凝土相比,钢管轻集料混凝土除了同样具有强度高、延性好等优点外,自重还可降低20%左右。在桥梁结构中应用钢管轻集料混凝土将大大减轻结构自重,降低基础荷载,这与现代桥梁结构发展的要求是一致的。 本文通过24根具有不同长细比和混凝土强度等级的钢管轻集料混凝土中长柱试件的轴压试验,对钢管轻集料混凝土中长柱在轴心压力作用下的宏观变形特征,荷载—应变曲线,破坏形态和破坏机理进行了研究。并对钢管轻集料混凝土中长柱和钢管普通混凝土中长柱的轴压受力性能进行了对比和研究,分析了钢管混凝土中长柱的受力机理。最后,运用大型通用有限元软件ANSYS对钢管轻集料混凝土和钢管普通混凝土中长柱进行了数值模拟。 本文通过试验,理论分析和数值模拟研究,得到了以下主要结论: 1.轴压试验表明钢管轻集料混凝土中长柱能提供不低于相同参数的钢管普通混凝土的承载力。本次试验中的钢管轻集料混凝土中长柱都在弹塑性阶段失稳,其弹性失稳界限长细比要小于参数相同的钢管普通混凝土,约为79。 2.对多种钢管混凝土中长柱轴压试验结果的对比分析表明,核心混凝土峰值应变越大,试件的稳定系数越高。在此基础上研究了钢管混凝土中长柱的受力机理,即核心混凝土较大的峰值应变使钢管混凝土比例极限增大,最终导致中长柱的弹塑性稳定系数变大。 3.有限元对钢管轻集料混凝土和钢管普通混凝土中长柱进行的数值模拟,证明了对钢管混凝土中长柱受力机理分析得到的结论。在钢管混凝土弹塑性稳定承载力的数值模拟中采用梁单元和钢管混凝土统一理论本构模型是可行的。 本文在钢管轻集料中长柱轴压试验研究其力学性能的基础上,通过与钢管普通混凝土的对比分析,从理论上探讨了钢管混凝土中长柱的受力机理,使试验结果得到了较好的解释,为钢管混凝土理论的完善提供了有益的参考。


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