恒高温下带钢筋加劲肋薄壁方钢管混凝土短柱力学性能研究

摘要

设置钢筋加劲肋薄壁方钢管混凝土结构是指在普通钢管素混凝土的基础上，在钢管内部焊接十字钢筋加劲肋，并将钢管壁厚进一步减小，形成的一种新型钢-混凝土组合结构。此类结构形式新颖，同时优化了传统钢管素混凝土的力学性能和抗火性能。常温下:设置钢筋加劲肋降低了由于钢管薄壁化造成的钢管局部屈曲，虽然大幅减少了钢材的用量，但其力学性能仍能满足建筑结构的要求。恒高温作用下:由于温度升高，钢管钢材的强度损失较大，嵌入在核心混凝土中的十字钢筋加劲肋对钢管壁起到明显的约束作用，从而减少了整体结构高温下的力学性能的损失，提高了其抗火性能。对于建筑结构，这不仅仅减小了高温下结构承载力的损失，防止建筑倒塌的发生，更为后续的结构修复与加固降低了难度，减少了维护费用。本文对恒高温下设置钢筋加劲肋薄壁方钢管混凝土短柱进行了轴心受压的试验研究和有限元分析，主要内容如下:
　　(1)本文对6根设置钢筋加劲肋和2根不设置钢筋加劲肋薄壁方钢管混凝土短柱分别在20℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃恒高温下进行了轴心受压试验研究。结果表明:随着温度升高，钢材和混凝土材料力学性能损失很大，从而使构件整体力学性能明显降低，主要表现为:构件弹性阶段弹性模量逐渐降低，极限承载力降低。
　　(2)利用有限元软件ABAQUS建立了设置钢筋加劲肋薄壁方钢管混凝土柱温度场计算模型和恒高温下轴压力学计算模型，采用收集到的相关试验数据和本文试验结果对模型进行了验证，分析结果表明，采用该有限元模型进行温度场分析和热力学分析，结果具有较高的准确性。
　　(3)利用有限元模型分析了钢筋加劲肋尺寸、钢筋加劲肋纵向间距、构件截面含钢率、构件截面尺寸和温度五个参数对构件力学性能的影响规律，结果表明:钢筋加劲肋截面尺寸和纵向间距对构件的延性有一定程度的提高;构件横截面含钢率和构件横截面尺寸对构件力学性能影响很大，随着含钢率升高和横截面尺寸的增大，构件弹性模量逐渐增大，极限承载力逐渐增大;温度对构件力学性能起明显的削弱作用，随着温度升高构件弹性模量、极限承载力都不同程度降低。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 相关课题国内外研究现状

1．2．1 方钢管混凝土柱常温力学性能的研究现状

1．2．2 火灾下方钢管混凝土柱力学性能的研究现状

1．3 本文研究内容及创新点

2 恒高温下设置钢筋加劲肋的薄壁方钢管混凝土轴压短柱试验研究

2．1 引言

2．2 实验方案与设计

2．2．1 构件的设计

2．2．2 构件的加工

2．3 材料的力学性能

2．3．1 钢材的力学性能

2．3．2 混凝土的力学性能

2．4 试验研究

2．4．1 试验装置

2．4．2 试验过程

2．4．3 试验现象与破坏特征

2．4．4 试验结果分析

2．5 本章小结

3 恒高温下设置钢筋加劲肋的薄壁方钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

3．1 引言

3．2 恒高温下温度场计算模型

3．2．1 模型的建立

3．2．2 温度场模型验证

3．2．3 恒高温下试验构件温度场计算分析

3．3 恒高温下力学场计算模型

3．3．1 模型的建立

3．3．2 模型的验证

3．4 本章小结

4 恒高温下设置钢筋加劲肋的薄壁方钢管混凝土轴压短柱参数分析

4．1 引言

4．2 参数设置

4．2．1 钢筋加劲肋截面尺寸

4．2．2 钢筋加劲肋纵向间距

4．2．3 构件截面含钢率

4．2．4 构件截面尺寸

4．2．5 温度

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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