细腰形钢管混凝土短柱轴压力学性能分析

摘要

对于荷载同时作用在全截面上的钢管混凝土轴压短柱，弹性工作阶段混凝土与钢管均会产生横向变形。由于钢管的初始泊松比大于混凝土的初始泊松比，所以在此阶段钢管和混凝土界面的相互作用为受拉作用，甚至有脱开分离的趋势，套箍效应没有发挥出来。只有进入到弹塑性工作阶段，随着混凝土竖向压应力的增长，混凝土内部微裂缝不断产生，导致其横向膨胀速度超过外包钢管，钢管才会对其产生横向套箍作用，结构的优势才能发挥出来，此种约束属于被动约束，具有滞后性。
　　基于此，本文提出细腰形钢管混凝土的设计构造。在竖向荷载作用下，细腰形钢管有向内侧变形的趋势，从而对核心混凝土施加一个主动约束力，提高对混凝土的约束效应，抑制微裂缝（损伤）的发展从而提高最终承载力。本文针对细腰形构造的钢管混凝土短柱的轴压力学性能开展了以下工作:
　　(1)开展了18个直钢管混凝土短柱和24个细腰形钢管混凝土短柱的轴压试验研究。以钢管壁厚和钢管曲率为试验参数，得到了不同参数下试件的破坏模式，测得了所有试件的荷载-位移全曲线、细腰形试件沿不同截面高度处的环向应变分布、试件的荷载-组合泊松比等试验结果。
　　(2)选取合适的约束混凝土本构模型和混凝土损伤计算模型，采用有限元软件ABAQUS对细腰形钢管混凝土短柱进行了有限元模拟，并且考虑到钢管与混凝土间约束的复杂性，本文对混凝土损伤塑性模型中的一些参数进行重新选择，模拟结果与试验结果吻合良好。
　　(3)采用极限平衡理论，并根据本文试验数据拟合得到细腰形钢管混凝土短柱的轴压极限承载力建议计算公式。
　　(4)由于试验结果发现细腰试件的中部截面仍然是最薄弱截面，所以设计了在细腰形试件中部分别包裹不同宽度碳纤维布（CFRP）的试件，通过对其进行轴压试验研究来探讨采用复合材料来提高其承载力的有效性，并对该方法进行了有限元验证。然后，根据极限平衡理论给出了其极限承载力建议计算公式。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景及意义

1．2研究现状

1．2．1约束混凝土的研究现状

1．2．3普通钢管混凝土轴压力学性能研究现状

1．2．3钢管混凝土截面形式研究现状

1．2．4 CFRP钢管混凝土组合柱研究现状

1．3本文研究内容和方法

1．3．1研究内容

1．3．2技术路线

2细腰形钢管混凝土轴心受压短柱试验研究

2．1 引言

2．2细腰形钢管混凝土轴压试验

2．2．1试验目的

2．2．2试验设计

2．2．3材料性能与试件制作

2．2．4加载装置和加载方案

2．2．5测试内容和测点布置

2．3混凝土轴心抗压强度及弹性模量试验

2．3．1混凝土抗压强度试验

2．3．2混凝土弹性模量试验

2．4试验现象与结果分析

2．4．1 破坏模式

2．4．2极限承载力分析

2．4．3荷载-位移关系曲线

2．4．4荷载-环向、竖向应变

2．4．5环向应变分布

2．4．6荷载-组合泊松比

2．4．7混凝土径向应变

2．5本章小结

3细腰形钢管混凝土轴心受压短柱有限元分析

3．1 引言

3．2有限元模型

3．2．1单元类形的选取

3．2．2网格划分

3．2．3界面接触模型

3．3．4参数的选取

3．3材料本构

3．3．1钢材本构

3．3．2混凝土本构

3．3．3混凝土损伤计算

3．4有限元模型验证

3．4．1荷载-位移曲线验证

3．4．2界面接触压力分析

3．5细腰形钢管柱轴压承载力公式

3．6本章小结

4 细腰形CFRP钢管混凝土组合柱轴压试验研究

4．1 引言

4．2细腰形CFRP钢管混凝土组合柱轴压试验

4．2．1 试验目的

4．2．2试验设计

4．3试验结果分析

4．3．1 破坏模式

4．3．2荷载-位移关系曲线

4．4模型验证

4．4．1建模过程

4．4．2模拟结果分析

4．5细腰形CFRP钢管柱轴压承载力公式

4．6本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简介

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