五边形钢管混凝土翼缘组合梁整体稳定性能研究

摘要

钢管混凝土结构因其结合了钢材和混凝土的优点被广泛应用于梁柱设计中，填充混凝土可以改善外钢管的局部稳定性、提高构件的整体稳定性和强度，而钢材给内填混凝土提供有效的约束作用，使混凝土处于复杂应力（三向应力）状态。如果传统I型梁的平板受压翼缘用钢管混凝土替换，则形成一种新型截面组合梁——钢管混凝土翼缘梁，与平板翼缘钢混形式的组合梁相比，该类梁具有更高的强度、刚度以及稳定性。目前对于该类型梁的相关试验及数值模拟研究较少，本文利用已有的试验数据，对五边形钢管混凝土翼缘梁（CFPFB）在集中力作用下的整体稳定性能进行深入研究。主要内容如下：
　　首先，利用有限元软件ANSYS建模，钢管采用SHELL181单元模拟，混凝土采用SOLID65单元模拟，并利用已有的试验数据对模型进行破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线等方面的验证，结果表明，有限元能较好的模拟CFPFB的受力性能。
　　随后，对空翼缘梁以及CFPFB进行对比分析，结果表明内填混凝土可以增强翼缘的稳定性，增加翼缘的抗扭刚度和抗弯刚度。并研究CFPFB的五个重要几何参数（上翼缘含钢率(s)、腹板高厚比(f)、底部翼缘宽厚比(d)、跨高比(k)、五边形夹角(θ)）对整体稳定性能的影响，对提高构件的承载力提出合理的建议。基于能量法得出的弹性临界弯矩公式与出现整体失稳破坏的CFPFB弹性屈曲结果符合较好。通过分析中长跨和长跨CFPFB的荷载-应变曲线，用失稳极限、失稳发生以及初始屈服三种极限状态来定义不同跨度的CFPFB的侧向弯扭屈曲强度。
　　最后，对整体稳定性能影响较大的四个参数s、f、d、k进行正交组合，建立192个模型，基于单参数分析的结果利用非线性拟合软件Datafit软件进行多元回归分析，得到集中荷载作用下的CFPFB整体稳定参数方程，有限元计算结果与试验结果的验证分析表明该参数方程有相对较高的精度和可靠度。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 钢管混凝土的研究现状

1.3 钢管（混凝土）翼缘梁的研究现状

1.4 钢梁侧向弯扭屈曲的研究现状

1.5 本文主要内容

2 CFPFB有限元模拟

2.1 引言

2.2 有限元模型的建立

2.3 有限元模型的验证

2.4 本章小结

3 CFPFB整体稳定性能分析

3.1 引言

3.2 CFPFB与传统I型梁性能比较

3.3 CFPFB与空翼缘梁HPFB性能比较

3.4 CFPFB的参数分析

3.5 CFPFB的弹性整体稳定承载力

3.6 CFPFB的整体稳定极限承载力

3.7 本章小结

4 CFPFB极限承载力参数方程

4.1 引言

4.2 极限承载力的单参数取值范围

4.3 极限承载力的单参数分析

4.4 CFPFB的参数方程形式

4.5 CFPFB的参数方程检验

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文目录