内埋空间钢构架圆形钢管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

摘要

随着高层建筑高度的增加,对柱子承载力及延性的要求越来越高,需要探索新型的组合柱。目前不少学者研究了在钢管中埋入实腹式钢骨后形成的钢骨-钢管混凝土组合柱。而本文则基于空间钢构架和圆钢管对混凝土的约束,提出了一种新型的组合柱——内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱。这种结构是在圆钢管中内置角钢和缀条焊接形成的空间钢构架并浇筑混凝土而形成的一种双约束组合柱。本文通过对5个内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱试件和1个圆钢管混凝土短柱对比试件进行轴压性能试验研究,并进行非线性有限元模拟,探索这种新型的组合柱的轴压力学性能,并推导了组合柱的极限承载力公式。
　　以外部钢管径厚比、内部空间钢构架缀条间距为设计参数,设计制作了5个内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱试件和1个圆钢管混凝土短柱试件,对其进行轴压性能试验研究。试验结果表明,内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱比普通钢管混凝土短柱有较高的承载能力,荷载-位移曲线有较好的延性。随着钢管径厚比的减小和缀条间距的减小,都可以提高内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱的极限承载能力。
　　采用ABAQUS非线性有限元软件建立内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱模型。首先在已有试验的基础上验证模型建立的正确性。然后以钢管径厚比、空间钢构架角钢肢长、角钢厚度、缀条间距、缀条宽度为参数,用同样的方法建立不同参数下的内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱模型,进行比较分析。结果表明,随着钢管径厚比的减小、角钢肢长的增加、角钢厚度的增加、缀条间距的减小和缀条宽度的增大,试件的承载力和延性都得到了提高。
　　在试验研究和理论分析的基础上,采用叠加法推导了内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱的极限承载能力,与试验数据吻合较好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 混凝土柱的研究现状

1．2．1 钢管混凝土柱

1．2．2 空间钢构架混凝土柱

1．2．3 钢-混凝土组合柱

1．3 本文研究的主要内容

第二章 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土柱轴压性能试验简介

2．1 试验目的

2．2 试件设计及加工

2．2．1 试件设计

2．2．2 试件加工

2．2．3 应变片黏贴和保护

2．3 材料力学性能

2．3．1 混凝土材料

2．3．2 钢材材料力学性能

2．4 加载装置和加载制度

2．4．1 加载装置

2．4．2 加载制度

2．5 测量方案

2．5．2 测点布置

2．6 本章小结

第三章 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土柱试验结果分析

3．1 试件破坏形态

3．2 试验结果分析

3．2．1 试件荷载-位移曲线分析

3．2．2 试件钢材的应变变化

3．2．3 钢管径厚比对试件峰值荷载的影响

3．2．4 空间钢构架缀条间距对试件峰值荷载的影响

3．3 本章小结

第四章 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱轴心受力性能的非线性有限元分析

4．1 ABAQUS有限元软件

4．2 材料本构关系

4．2．1 混凝土的本构关系

4．2．2 钢材的本构关系

4．3 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土轴压短柱的有限元模型建立

4．3．1 创建部件(part模块)

4．3．3 定义装配件(Assembly)

4．3．4 设置分析步(Step)

4．3．5 定义约束(Interaction)

4．3．6 定义荷载和边界条件(Load)

4．3．7 划分网络(Mesh)

4．3．8 提交分析作业(Job)

4．3．9 后处理(Visua Iization)

4．4 有限元模型验证

4．5 内埋空间钢构架圆钢管混凝土短柱轴压性能的非线性有限元分析

4．5．1 分析模型设计

4．5．2 有限元参数分析

4．5．3 受力性能的综合影响系数

4．6 本章小结

第五章 内埋空间钢构圆形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算

5．1 轴心受压内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱的约束机理

5．1．1 空间钢构架混凝土短柱约束机理

5．1．2 圆钢管混凝土短柱约束机理

5．1．3 基本假定

5．2 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱轴压承载力计算(方法一)

5．2．1 计算公式

5．2．2 计算结果

5．3 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱轴压承载力计算(方法二)

5．3．1 计算公式

5．3．3 空间钢构架混凝土短柱轴压承载力Nu2的计算

5．3．4 内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱轴压承载力Nu的计算

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简介