圆中空夹层钢管混凝土受压柱力学性能分析与承载力计算

摘要

中空夹层钢管混凝土柱（CFDST），是在同心放置的内、外两层钢管之间灌填混凝土而形成的钢管－混凝土组合柱。构件充分利用了钢管和混凝土在受力过程中的相互作用，承载力高，塑性和韧性好，施工方便，耐火性能好，经济效果好。与传统钢管混凝土柱相比，中空夹层钢管混凝土柱又有其新的特点：截面开展、抗弯刚度大；自重轻、抗震性能好。对外钢管采用方钢管的中空夹层钢管混凝土柱，方钢管对核心混凝土存在部分约束作用，且主要集中在4个角上，在远离屈曲的部位应力比较小，甚至还处于弹性段。
　　本研究首先针对圆中空夹层钢管混凝土轴心受压柱的力学性能，基于纤维模型法，对轴心受压柱的荷载－变形全过程关系曲线进行了计算，并与试验结果进行对比分析。其次，在前人试验研究基础上，采用有限元分析方法，建立了圆中空夹层钢管混凝土轴心受压柱三维非线性数值分析模型，总结其荷载－变形关系曲线分布规律，通过有限元结果同试验结果的对比，验证了模型的正确性。并利用该模型，对比纤维模型法计算所得荷载－变形关系曲线，分析了轴心受压柱的受力全过程；在模型基础上，探讨了外管径厚比、名义含钢率、空心率及长细比等影响因素，对构件力学性能及承载力的影响。然后，采用与轴心受压柱相同的建模方法，研究了圆中空夹层钢管混凝土偏心受压柱的荷载－挠度曲线、内外钢管与混凝土的应力应变分布规律等；在模型基础上，探讨了核心混凝土强度等级、外钢管壁厚、长细比及偏心率等影响因素，对构件力学性能及承载力的影响。最后，基于统一强度理论，推出圆中空夹层钢管混凝土轴心受压短柱、轴心受压长柱和小偏心受压柱的极限承载力计算公式；并对典型试件进行了承载力的计算。结果表明，推导所得公式能较好的预测其承载能力，且结果偏于安全，为工程设计提供可靠的依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 圆中空夹层钢管混凝土受压柱概述

1.3 圆中空夹层钢管混凝土受压柱国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 基于纤维模型法圆中空夹层钢管混凝土轴心受压柱力学分析

2.1 纤维模型法

2.2 材料的本构关系模型

2.3 典型构件荷载—变形全过程分析

2.4 本章小结

第三章 圆中空夹层钢管混凝土受压柱三维有限元分析模型

3.1 试验概述

3.2 三维有限元模型

3.3 本章小结

第四章 圆中空夹层钢管混凝土轴心受压柱非线性数值分析

4.1 有限元计算结果

4.2 影响轴心受压柱力学性能的单因数分析

4.3 本章小结

第五章 圆中空夹层钢管混凝土偏心受压柱非线性数值分析

5.1 有限元计算结果

5.2 影响偏心受压柱力学性能的单因数分析

5.3 本章小结

第六章 圆中空夹层钢管混凝土受压柱承载力计算

6.1 引言

6.2 统一强度理论

6.3 圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压承载力

6.4 圆中空夹层钢管混凝土轴心受压长柱承载力

6.5 圆中空夹层钢管混凝土偏心受压柱承载力

6.6 计算结果的对比分析

6.7 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间获奖情况