PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力研究

摘要

中空夹层钢管混凝土柱是近十几年来发展起来的一种新结构构件，它具有抗弯刚度大、承载力高、塑性和韧性好、施工方便等一系列优点。目前国内已有关于八边形中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压和偏心受压的力学性能的研究。本文研究的PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱是一种与八边形中空夹层钢管混凝土柱外形相似的新型构件。这种构件内管为PVC-U管，外管为八边形钢管，同心放置的两管之间为混凝土。与内管为钢管的八边形中空夹层钢管混凝土柱相比，本文研究的构件具有自重轻，造价低的优势，且PVC-U内管还可以作为雨水管加以利用。
　　 本文首先对中空夹层钢管混凝土构件、八边形中空夹层钢管混凝土柱、空心钢管混凝土柱、塑料管材料在组合结构中的应用等相关研究情况进行了介绍，论证了PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱构件的工程实用性和力学合理性。
　　 然后本文对本次研究进行的轴压试验的试件设计和制作进行了仔细说明，介绍了试件几何尺寸设计和材料选用的相关过程。还详细描述了试件加载的准备工作和试件加载及破坏的全过程。通过对试验结果的分析，本文归纳出了此类构件可能的破坏形态，并作了相关的加载过程和承载力的对比研究。
　　 文章还对此类构件进行了计算机有限元模拟分析，归纳了试件径厚比、空心率对其承载力的影响。
　　 本文对PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱承载力的破坏形态、影响因素进行了系统研究，还将其承载力与内管为钢管的八边形中空夹层钢管混凝土柱进行了对比分析，进一步肯定了其工程应用价值，希望这种新型构件能够在未来的实际工程中得到推广应用。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢管混凝土构件的研究现状

1.2.1 中空夹层钢管混凝土构件的研究现状

1.2.2 八边形中空夹层钢管混凝土柱的研究意义和研究现状

1.2.3 空心钢管混凝土柱的研究

1.3 PVC-U材料的介绍和相关研究

1.3.1 PVC-U材料及其力学性能的介绍

1.3.2 将塑料管材作为组合结构一部分的相关研究

1.4 本次PVC-U内管的八边形中空夹层钢管混凝土柱的研究

1.4.1 研究对象截面形式

1.4.2 可行性研究

1.4.3 研究意义

1.4.4 研究内容

1.4.5 研究方法

1.5 本章小结

第二章 试件的设计和制作

2.1 概述

2.2 几何尺寸设计

2.2.1 外钢管几何尺寸设计

2.2.2 PVC-U内管尺寸的设计

2.2.3 试件长度的设计

2.3 试件材料选用

2.3.1 混凝土材料

2.3.2 钢材材料

2.3.3 PVC-U管材

2.4 试件的制作

2.5 本章小结

第三章 试件加载及破坏

3.1 概态

3.2 试件测点的布置

3.2.1 外钢管测点布置

3.2.2 核心混凝土上的测点布置

3.2.3 PVC-U内管测点布置

3.2.4 关于应变片的其他事项

3.3 试验加载前期工作

3.3.1 确保试件受轴压的相关设计

3.3.2 确保试件加载面平整的相关设计

3.4 试验加载方案的确定

3.5 试件加载过程及破坏形态预期

3.6 试件加载过程及破坏形态

3.6.1 试件外观破坏过程

3.6.2 试件核心混凝土破坏形态

3.6.3 PVC-U内管受力过程

3.6.4 试件破坏形态综合分析

3.6 本章小结

第四章 试验结果分析

4.1 概述

4.2 对荷载-应变关系曲线的研究

4.2.1 剪切破坏试件研究

4.2.2 典型轴压破坏试件研究

4.3 与其他相似构件的比较分析

4.3.1 与八边形中空夹层钢管混凝土构件的比较分析

4.3.2 与八边形空心钢管混凝土构件的比较分析

4.3.3 试件轴压承载力比较

4.5 本章小结

第五章 有限元分析

5.1 概述

5.2 有限元分析基本理论

5.3 有限元模拟

5.3.1 单元选取

5.3.2 混凝土单元的确定

5.3.3 钢管单元的确定

5.3.4 PVC-U管材单元的确定

5.3.5 混凝土本构关系确定

5.3.6 钢材本构关系确定

5.3.7 PVC-U管材本构关系确定

5.3.8 混凝土材料破坏准则的确定

5.4 有限元模型的建立

5.4.1 单元参数的确定

5.4.2 有限元模型的建立

5.4.3 边界条件与加载方式的确定

5.4.4 非线性有限元求解

5.4.5 有限元计算结果与实验结果的比较

5.5 参数变化对构件轴压承载力的影响

5.5.1 径厚比对轴压承载力的影响

5.5.2 空心率对轴压承载力的影响

5.5.3 长细比对轴压承载力的影响

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 经验总结

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文