钢骨—钢管混凝土柱极限承载力研究

【摘要】： 随着我国高层、超高层建筑结构的发展,钢-混凝土组合结构的研究和应用越来越广泛。钢骨-钢管混凝土组合柱作为钢-混凝土组合柱的一种,由于具有良好的力学性能,在高层、超高层建筑中的应用前景良好。但国内外对钢骨-钢管混凝土柱这一新型组合柱的研究较少且不系统,阻碍了该新型构件的应用和发展。本文对钢骨-方钢管自密实高强混凝土柱和圆钢管钢骨混凝土柱,基于厚壁圆筒弹塑性极限分析研究了钢骨-钢管混凝土柱的轴压承载力,并将理论分析结果同文献的试验结果相比较,取得了良好的研究成果。主要成果包括以下几个方面。 利用厚壁圆筒弹塑性极限分析对钢骨-钢管混凝土的轴压承载力进行了理论分析,得出了钢骨-钢管混凝土柱轴压承载力的解,并且分析了影响该解的各种因素,将计算结果与文献进行对比吻合良好,从而验证了理论公式的正确性和可行性。通过本文的计算结果可以看出采用统一强度理论和厚壁圆筒弹塑性极限分析对钢骨-钢管混凝土柱的计算合理；在本文研究的钢骨-钢管混凝土柱承载力计算公式中影响其承载力的主要因素是材料的拉压比、中间主切应力和配骨指标等。承载力随钢材的拉压比的增大而增大,中间主切应力影响系数b增大,钢骨-钢管混凝土柱的承载力增大,承载力还随着配骨指标的增大而增大；通过对配有圆钢管的钢骨混凝土柱的分析,还得出了合理的纵筋配筋率、合理的箍筋体积配箍率和合理的钢管配骨率；采用大型有限元分析软件ANSYS对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线和应力云图进行了数值分析。在假定钢管、钢骨与核心混凝土之间无相对滑移的前提下,模拟了该组合柱极限承载力,与试验结果吻合良好。通过ANSYS后处理功能,还得到不同截面形式的钢骨(工字形、十字形和无钢骨)组合试件的破坏形态的差异性。通过钢骨和钢管的Von Mises应力云图可知,在极限状态时,钢骨和钢管壁的受力状态比较均匀,都已经达到了屈服强度,在钢管的翼缘部分形成了强度最高的部位。说明由于钢管壁和核心钢骨的约束使得核心混凝土处于三轴受压状态,其强度得到提高。 这些工作为进一步研究钢骨-钢管混凝土柱各方面力学性能奠定了基础,也为工程应用提供了依据。