内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱受力性能试验研究

摘要

现代高层建筑为了追求大空间，不再使用截面面积较大的“胖柱”，而是选用承载力及延性均较好的钢-混凝土组合柱。在钢骨-钢管混凝土柱的基础上，本文提出了一种新的钢与混凝土组合柱——内埋圆形钢管空间钢构架混凝土短柱。本文采用试验研究的方法来分析新型结构的受力全过程、破坏形态、荷载-变形曲线与承载力等。本文采用理论分析与数值计算相结合的方法来分析组合柱的参数化受力性能。
　　本文对5个轴心受压的内埋圆钢管空间钢构架混凝土短柱和1个空间钢构架混凝土短柱进行试验研究。分析了各试件受力的全过程、破坏特征、轴压承载力、延性、应力、应变等受力性能指标，以及影响参数变化对结构承载力的影响。试验结果表明在空间钢构架混凝土柱中内埋圆形钢管可以提高试件的极限承载力。增大角钢肢长和减小缀条间距可以改善组合柱的延性和提高短柱的承载力。
　　本文利用ABAQUS对内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱进行模拟。在限元模型验证合理的基础上，以角钢肢长、缀板间距、缀板宽度、圆形钢管的套箍系数、混凝土强度、不同钢骨形式为参数设计了19个试件进行有限元模拟。结果表明，随着角钢肢长的增加组合柱的承载力并不是无限制的上升，外侧角钢对混凝土的约束有一定的范围。减小缀条的间距和增大缀条的宽度可以提高组合柱的承载能力及延性。结合工程实际情况，适当的加密柱顶和柱底的缀板，可以防止柱端过早的发生破坏。最后提出综合影响系数λ与轴压承载力之间的关系。
　　本文在考虑空间钢构架对外围混凝土的约束以及钢管对核心混凝土的约束的基础上，同时还考虑了钢管外围混凝土对钢管内核心混凝土的影响，进行机理分析并提出了此新型结构的承载力计算公式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景、目的和意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 钢骨混凝土柱研究概况

1．2．2 钢管混凝土柱研究概况

1．2．3 钢管混凝土核心柱研究概况

1．2．4 空间钢构架混凝土柱研究概况

1．3 本文的主要研究内容

第二章 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱试验简介

2．1 概述

2．2 试验概况

2．2．1 试件设计

2，2．2 试件制作

2．2．3 试件材料

2．3 试验加载装置及测量方法

2．3．1 试验加载装置

2．3．2 加载制度

2．4 测点布置和测量内容

2，4．1 测点布置

2．4．2 测量内容

2．5 本章小结

第三章 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱试验结果分析

3．1 概述

3．2 试验现象及分析

3．2．1 试验现象的描述

3．2．2 荷载与轴向位移关系曲线

3．2．3 角钢的应变分析

3．2．4 缀条的应变分析

3．2．5 钢管的应变分析

3．3 本章小结

第四章 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱受力性能有限元分析

4．1 非线性有限元模型的建立

4．1．1 材料模型

4．1．2 模型单元的选取

4．1．4 定义装配件

4．1．5 设置分析部

4．1．6 定义相互作用

4．1．7 边界条件与加载

4．1．8 单元网格的划分

4．1．9 提交作业进行分析

4．2 有限元分析有效性验证

4．3 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱参数分析

4．3．1 外围钢骨形式的影响

4．3．2 角钢肢长的影响

4．3．3 缀条间距的影响

4．3．4 空间钢构架缀条宽度的影响

4．3．5 混凝土强度的影响

4．3．6 内部钢管套箍系数的影响

4．3．7 外围空间钢构架的综合影响系数λ

4．4 本章小结

第五章 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱承载力计算

5．1 概述

5．2 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的约束机理

5．3 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力计算

5．3．1 基本假定

5．3．2 钢管混凝土柱的轴压承载力

5．3．3 空间钢构架混凝土柱轴压承载力的计算

5．3．4 内埋圆形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力Nu

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介