改进组合式异形钢管混凝土柱抗剪性能研究

摘要

改进组合式异形钢管混凝土作为新型截面的钢管混凝土构件，除了具有普通钢管混凝土的优点外还拥有自身独特的优势。改进组合式异形钢管混凝土在满足承载力和结构刚度要求的情况下，能节省材料，降低工程造价，便于焊接施工。同时还可以避免室内出现棱角，有利于建筑布局，增加使用面积，具有广阔的发展空间和良好的应用前景。本文在2017年中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（项目编号：WUT：2017-zy-056）的资助下，通过试验对改进组合式异形钢管混凝土构件的抗剪性能进行了研究。主要研究内容及成果包括： （1）考虑钢管厚度、轴压比、剪跨比以及混凝土强度等影响因素，设计并制作了18个改进组合式T形钢管混凝土柱试件，对其进行抗剪试验。试验结果表明，试件的破坏形态主要受剪跨比的影响。剪跨比为0.5的试件，其破坏形态表现为剪切型破坏；当剪跨比为1.0时，试件主要表现为弯剪型破坏，但破坏偏弯曲型；剪跨比为1.5的试件，其破坏形态为弯曲型破坏。试件抗剪承载力随着钢管厚度和混凝土强度的增加而增大。与钢管厚度为3mm的试件相比，厚度为4mm和5mm试件的抗剪承载力分别提高了29.6%和59.1%。与混凝土强度等级为C30的试件相比，C40和C50试件的抗剪承载力分别提高了17.5%和19.9%；抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小。轴压比的变化对试件的抗剪承载力的影响较小。 （2）考虑钢管厚度、轴压比、剪跨比以及混凝土强度等影响因素，设计并制作了18个改进组合式L形钢管混凝土柱试件，对其进行抗剪试验。试验结果表明，试件的破坏形态主要受剪跨比的影响。剪跨比为0.5的试件，其破坏形态表现为剪切型破坏；当剪跨比为1.0时，试件主要表现为弯剪型破坏，但破坏偏弯曲型；剪跨比为1.5的试件，其破坏形态为弯曲型破坏。试件极限承载力随着钢管厚度和混凝土强度的增加而增大。与钢管厚度为3mm的试件相比，厚度为4mm和5mm试件的抗剪承载力分别提高了27.7%和65.4%。与混凝土强度等级为C30的试件相比，C40和C50试件的抗剪承载力分别提高了20.1%和29.7%；抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小。轴压比的变化对试件的抗剪承载力的影响较小。 （3）运用有限元软件ABAQUS分别建立了改进组合式T形和L形钢管混凝土试件的模型并进行了非线性分析，分析了两类试件的工作机理和应力分布特征，并将数值模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明：模拟结果与试验结果吻合程度较好，试件破坏形式保持一致，两者的荷载-变形曲线发展趋势和基本形态吻合较好。这表明有限元模型是合理可靠的。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 异形钢管混凝土的特点与应用

1.1.1 异形钢管混凝土的特点

1.1.2 异形钢管混凝土的应用

1.2 国内外抗剪性能研究现状

1.3 本文的研究意义和主要研究工作

1.3.1 本文研究意义

1.3.2 本文主要研究内容

第2章 改进组合式T形钢管混凝土柱抗剪试验研究

2.1 引言

2.2 试验概况

2.2.1 试件设计与制作

2.2.2 材料力学性能

2.2.3 试验装置

2.2.4 加载制度

2.2.5 测量方案与测点布置

2.3 试验结果与分析

2.3.1 试验现象与破坏形态

2.3.2 试件荷载-变形曲线分析

2.3.3 应变分析

2.3.4 抗剪承载力影响因素分析

2.3.5 试件抗剪承载力的取值

2.4 本章小结

第3章 改进组合式L形钢管混凝土柱抗剪试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试件设计与制作

3.2.2 材料力学性能

3.2.3 试验装置

3.2.4 加载制度

3.2.5 测量方案与测点布置

3.3 试验结果与分析

3.3.1 试验现象与破坏形态

3.3.2 试件荷载-变形曲线分析

3.3.3 应变分析

3.3.4 抗剪承载力影响因素分析

3.3.5 试件抗剪承载力的取值

3.4 本章小结

第4章 抗剪性能数值模拟与分析

4.1 引言

4.2 材料的本构关系

4.2.1 钢材的本构关系

4.2.2 混凝土的本构关系

4.3 有限元模型的建立

4.3.1 部件之间的接触属性

4.3.2 部件单元选取及网格划分

4.3.3 边界条件及加载方式

4.3.4 求解及后处理

4.4 有限元计算结果分析

4.4.1 试件破坏形式

4.4.2 试件应力分布状态

4.5 模拟结果与试验结果对比分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录