圆钢管柱混凝土在焊接高温下力学性能的研究

摘要

钢管混凝土柱是由钢管及其中浇筑的混凝土而形成的构件。通过钢管和混凝土之间在受力过程中的相互作用，即混凝土受到钢管的约束作用处于复杂应力状态之下，进而提高混凝土的强度，塑性和韧性性能大为改善。同时，组成钢管混凝土柱的钢管和混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种构件也具备较好的耐高温性能。在逆作法施工工程中，当圆钢管混凝土柱外部搭接梁时，需在圆钢管外焊接外环板用来支撑梁的内部钢筋骨架，焊接时产生的高温通过圆钢管传热到混凝土。随着温度升高，混凝土中骨料和水泥石由于发生膨胀，混凝土在圆钢管的约束作用下产生内应力，导致应力集中严重，形成微裂缝，由此降低核心混凝土的强度，对圆钢管混凝土柱的力学性能及其极限承载力产生不利影响。因此研究圆钢管混凝土柱在焊接温度场和荷载作用下力学性能的变化具有一定的工程意义。
　　本文主要研究圆钢管混凝土柱在焊接高温下的温度场和轴向荷载作用下的应力-应变关系和构件极限承载力的研究。
　　论文通过有限元软件ANSYS、ABAQUS对圆钢管混凝土柱外环板在焊接高温作用下的温度场分布情况进行模拟，并对圆钢管混凝土柱外环板位置在温度场基础上施加轴向荷载作用下核心混凝土力学性能进行研究。结果表明，当外环板焊接位置温度上升到约400℃时，在焊接温度场的影响下，会导致核心混凝土屈服应力降低明显，同时在施加轴向荷载时会使圆钢管柱混凝土截面承载力降低显著。论文研究的目的在于为实际工程设计和施工提供一些参考依据。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土的特点

1．2 钢管混凝土的研究发展

1．3 高温下钢管混凝土的研究现状

1．3．1 国外的研究现状

1．3．2 国内的研究现状

1．4 本文研究的意义

1．5 本文的研究内容和方法

第二章 传热理论及应用

2．1 传热学基本知识

2．1．1 热传递方式

2．1．2 传热微分方程

2．2 圆钢管混凝土柱的热工性能

2．3 求解传热问题的方法

2．3．1 ANSYS求解传热问题的方法

2．3．2 ABAQUS求解传热问题的方法

2．4 本章小结

第三章 焊接高温下的温度场的数值模拟

3．1 温度场的理论

3．2 温度场的数值模拟

3．2．1 温度场模型的建立

3．2．2 ANSYS温度场的数值模拟

3．2．3 ABAQUS温度场的数值模拟

3．3 本章小结

第四章 温度场下圆钢管柱混凝土的静力分析

4．1 弹性力学的基本理论

4．2 两端嵌固圆钢管柱混凝土的静力分析

4．3 圆钢管柱混凝土力学性能的理论研究

4．4 圆钢管柱混凝土的极限承载力

4．5 本章小结

第五章 温度场下圆钢管混凝土柱的数值模拟

5．1 圆钢管混凝土柱的模型建立

5．2 圆钢管柱混凝土力学性能的数值模拟及分析

5．3 圆钢管混凝土柱极限承载力的数值模拟及分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 本文展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果