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钢—砼组合长柱极限承载力的非线性分析

田相合  
【摘要】: 钢-砼组合结构与钢结构及钢筋混凝土结构相比,具有承载能力高、防火抗震性能好、施工方便等优点,因而在工业与民用建筑、桥梁等结构中得到了越来越广泛的应用。钢-砼组合柱是组合结构中的主要承重构件,通常承受双向偏心轴向荷载、有时还伴有横向荷载的作用,其截面形式也多种多样。本文主要研究复杂截面两端铰接的外包混凝土(即钢骨-砼)组合长柱在双向偏压荷载作用下、横向与双向偏压载荷共同作用下的加载-变形特性和极限承载力问题。 本文考虑长柱在轴向荷载作用下的附加弯矩影响(二阶效应),提出了一种适用于任意截面形式钢-砼组合长柱的荷载-变形关系分析和极限承载力分析的数值迭代计算机方法。运用这种方法,先将长柱离散成若干等长的柱段,利用差分方法求得各柱段截面上的挠度与曲率的关系,再根据各截面上外力与抵抗力的平衡条件,得到一组关于荷载与变形关系的非线性代数方程组;本文对该方程组采用载荷增量法进行迭代求解。对应每个荷载增量,可求得长柱在相应状态下的一条变形曲线。对各荷载增量进行反复迭代,直至得到荷载的极限值。迭代计算过程中混凝土的截面抗力通过对混凝土的应力-应变曲线在截面上的精确积分求得,而型钢和钢筋部分的截面抗力则采用纤维元方法求得。 为实现上述数值计算,采用Visual Fortran语言编制了相应的计算机程序,同时用Visual Basic语言开发出了初始数据的交互输入模块。应用编制的计算程序首先对两组矩形截面组合长柱的试件进行了实例计算,并与试验结果作了比较,验证了计算方法和程序的正确性和有效性;同时就柱子长细比、荷载偏心距对长柱极限承载力的影响进行了较详细的数值分析和讨论。在此基础上,对一偏压荷载作用下的T型截面组合长柱和两组横向与偏压荷载共同作用下的矩形截面长柱分别进行了实例计算,就不同荷载情况下组合长柱的受力与变形特性进行了分析和讨论。


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