偏压下带约束拉杆及不带拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能研究

摘要

矩形钢管混凝土具有钢管制作方便、与梁连接容易处理、施工方便等优点，在高层、超高层建筑结构中应用日益广泛。矩形钢管混凝土柱过早发生局部屈曲会使构件提前破坏，导致钢管强度不能充分发挥，造成生产建设事故和经济浪费。因此，关于矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能是矩形钢管混凝土研究中十分重要的分支。
　　本文基于能量法，对偏压下带约束拉杆及不带拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能进行了理论研究，主要研究工作和成果如下:
　　(1)假定加载端为固定约束，非加载端为弹性可转动约束，推导得到偏压下普通矩形钢管混凝土柱钢管局部屈曲强度的计算公式。应用现有试验结果验证了该公式的正确性，进一步应用该公式研究了偏压下普通矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能。研究表明，偏压下普通矩形钢管混凝土柱局部屈曲应力受应力梯度系数α0、宽厚比、边界条件的影响较大，受截面长宽比D/B的影响较小;偏压下普通矩形钢管混凝土柱局部屈曲半波长a和钢管截面的具体尺寸以及α0没有关系，只和边界条件和D/B有关。最后给出了偏压下普通矩形钢管混凝土柱在不同α0和D/B下的D/t和B/t限值以及不同α0下钢管各板件的厚度比值，以供工程设计参考。
　　(2)在所提出的偏压下普通矩形钢管混凝土柱钢管局部屈曲强度计算公式的基础上，合理考虑约束拉杆的影响，提出了偏压下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱钢管局部屈曲强度的计算公式。应用现有试验数据验证了该公式的正确性，进一步应用该公式研究了偏压下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能。研究表明，当减小约束拉杆纵向间距bs时，局部屈曲系数k和局部屈曲应力αcr都显著增大。当bs取为D/3和D/2时，σcr增加最为显著。最后给出了不同α0下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲应力σcr与D/t和bs的关系以及不同α0和D/B下的D/t建议值，供工程设计参考。
　　(3)最后对所提出的偏压下普通矩形钢管混凝土局部屈曲强度计算公式进行了拟合优化，得到简化计算公式。并将拟合值和计算值进行对比，吻合较好。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土结构的特点及其发展概况

1．2 钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究现状

1．2．1 圆形钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

1．2．2 方形钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

1．2．3 矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

1．2．4 其他截面钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

1．3 问题的提出

1．4 本文研究目的和研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 偏压下矩形钢管混凝土柱的局部屈曲理论分析

2．1 前言

2．2 屈曲分析方法

2．3 数学模型的建立

2．3．1 边界条件的假定

2．3．2 位移函数的选取

2．3．3 弹性约束系数x的确定

2．4 局部屈曲理论分析

2．4．1 钢管板件应变能U的计算

2．4．2 非加载边的弹性转动能UΓ的计算

2．4．3 外力势能V的计算

2．5 局部屈曲强度的计算

2．6 本章小结

第三章 轴压、偏压下矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

3．1 前言

3．2 轴压下矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能的分析

3．3 偏压下矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能的研究

3．3．1 不同边界条件下的局部屈曲应力

3．3．2 和现有研究成果的对比分析

3．3．3 局部屈曲应力与钢管D／B、b／t之间关系的进一步讨论

3．4 局部屈曲波长研究

3．5 偏压下钢管混凝土柱钢管宽厚比的限值及设计建议

3．6 本章小结

第四章 偏压下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能研究

4．1 前言

4．2 偏压下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲强度

4．3 偏压下带约束拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能

4．3．1 拉杆纵向间距bs的合理取值

4．4 钢管宽厚比b／t及截面长宽比D／B的讨论

4．5 本章小结

第五章 矩形钢管混凝土局部屈曲应力的简化计算

5．1 局部屈曲系数的简化计算

5．2 局部屈曲应力的简化计算

5．3 简化公式与计算值对比

5．4 本章小结

结论

1 论文的研究成果

2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢