钢管混凝土轴心受压短柱试验及数值模拟研究

摘要

由于钢管与核心混凝土之间的的相互作用，钢管混凝土柱具有一系列优良的结构性能。为了深入研究钢管混凝土轴心受压时的力学性能和工作机理，评估钢管与核心混凝土之间的约束效应，本文从试验和数值模拟两方面进行了研究:
　　以径厚比和核心混凝土强度为主要研究参数，进行了6个圆钢管混凝土轴心受压短柱的力学性能试验研究，包含22、30、48.7三种径厚比(D/t)以及C30和C50两种强度等级的混凝土，考察了径厚比和混凝土强度对构件延性以及极限承载力的影响;
　　基于钢管混凝土轴压试验数据，本文进行了空钢管承受轴向压力和内部油压试验研究，目的是为了模拟钢管混凝土轴心受压试验中钢管的双向受力状态，较深入地认识钢管混凝土轴心受压时的工作机理;
　　将通过试验测量的极限承载力与各国规范对应的极限承载力计算值进行对比，对比范围包括美国钢结构协会(AISC)、美国混凝土协会(ACI318)、澳大利亚规范(AS)、日本建筑协会(AIJ)、英国规范(BS5400)和Eurocode4，同时也包括一些文献中建议的承载力计算公式;
　　由于钢管对核心混凝土提供的被动约束作用，要想准确模拟核心混凝土的受力往往是很困难的，尽管过去已经对钢管混凝土的有限元模型做了很多研究，但这些模型在某些情况下并不适用。本文的模型基于混凝土塑性损伤模型，对混凝土模型中的一些材料参数进行了重新选取并采用与约束应力相关的核心混凝土应力-应变曲线。将有限元计算获取的钢管混凝土受压性能包括极限承载力、荷载位移曲线和破坏形态与试验结果进行对比，两者吻合良好，表明该模型可以用于模拟钢管混凝土轴心受压短柱。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 钢管混凝土轴心受压力学性能研究

1．3 钢管混凝土轴压短柱承载力规范计算公式

1．3．1 AISC规范

1．3．2 Eurocode 4规范

1．3．3 ACI／AS规范

1．3．4 AIJ规范

1．3．5 BS5400规范

1．4 钢管混凝土轴压短柱数值分析

1．5 本文的主要研究内容

第2章 钢管混凝土轴心受压短柱试验研究

2．1 引言

2．2 钢管混凝土轴压试验

2．2．1 试件设计

2．2．2 试件制作

2．2．3 混凝土材料特性

2．2．4 钢管材料特性

2．2．5 试验装置和试验方法

2．3 钢管承受轴向压力和内部油压试验

2．3．1 试件设计

2．3．2 试验装置和试验方法

2．4 试验结果与分析

2．4．1 钢管混凝土轴压试验

2．4．2 钢管承受轴向压力和内部油压试验

2．4．3 钢管混凝土轴压短柱受力分析

2．5 本章小结

第3章 钢管混凝土轴心受压短柱承载力计算

3．1 引言

3．2 钢管混凝土轴压短柱承载力规范计算公式

3．2．1 AISC规范

3．2．2 Eurocode 4规范

3．2．3 ACI／AS规范

3．2．4 AIJ规范

3．2．5 BS5400规范

3．3 钢管混凝土轴压短柱承载力其他计算公式

3．3．1 蔡绍怀计算公式

3．3．2 韩林海计算公式

3．3．3 Giakoumelis和Lam计算公式

3．3．4 Liang和Fragomeni计算公式

3．3．5 Sakino计算公式

3．4 承载力试验结果与公式计算结果对比

3．5 本章小结

第4章 钢管混凝土轴心受压短柱有限元分析

4．1 引言

4．2 有限元模型

4．2．1 单元类型选取

4．2．2 网格划分

4．2．3 界面接触模型

4．2．4 边界条件

4．3 钢材的本构关系模型

4．4 混凝土的本构关系模型

4．4．1 混凝土单轴与多轴力学性能

4．4．2 混凝土塑性损伤模型

4．4．3 混凝土塑性性能的定义

4．5 计算结果与试验结果比较

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢