四肢钢管混凝土格构柱试验及理论分析

论文摘要

钢管混凝土柱具有承载力高、经济、实用、美观等优点,因而在工业厂房、高层以及超高层建筑中得到了大量的应用。国内外许多学者对钢管混凝土结构的力学性能和设计方法进行了大量的研究工作,但对无屈服点的钢管所组成的钢管混凝土结构（以下简称无屈服点钢管混凝土结构）却涉及很少。本文通过无屈服点钢管混凝土轴压短柱和四肢钢管混凝土格构柱的试验研究和理论分析,建立了短柱和四肢格构柱的受压极限承载力计算公式。主要研究内容如下:（1）通过9根无屈服点钢管混凝土短柱和2根有屈服点钢管混凝土短柱的轴压试验,比较了两者的破坏形态及极限承载力、应力-应变曲线、应力-组合材料泊松比曲线。并通过ANSYS软件建立了无屈服点的钢管混凝土轴压短柱的力学模型,分析的结果与模型试验结果吻合良好。对无屈服点钢管定义名义屈服强度,应用现有计算公式来计算无屈服点钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,计算结果与试验值吻合较好。（2）通过两个无屈服点四肢钢管混凝土格构柱的轴压试验和两个格构柱的偏压试验。对试件的破坏形态及极限承载力、荷载-应变曲线、荷载-组合材料泊松比曲线等进行了试验观察与分析。（3）对四肢钢管混凝土格构柱的受压极限承载力进行了理论推导。得出了四肢钢管混凝土格构柱偏心率折减系数的计算公式和长格构柱长细比折减系数的计算公式。并用ANSYS软件对格构柱进行有限元参数分析,分析结果与相关试验结果吻合很好。通过进一步扩大格构柱的参数范围,分析格构柱的长度、缀管的面积、肢管的屈服强度和混凝土强度对长细比折减系数的影响。最后,提出了四肢钢管混凝土格构柱长细比折减系数的简化计算公式,计算结果与试验值吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土的特点、发展与工程应用
• 1.2 钢管混凝土轴压短柱静力性能研究现状及存在的问题
• 1.2.1 轴压短柱静力性能研究现状
• 1.2.2 钢管混凝土轴压短柱研究中存在的问题
• 1.3 钢管混凝土格构柱的研究现状及存在的问题
• 1.3.1 钢管混凝土格构柱的特点及国内的应用
• 1.3.2 钢管混凝土格构柱的研究现状
• 1.3.3 钢管混凝土格构柱研究存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 无屈服点钢管混凝土短柱轴压试验研究
• 2.1 模型设计与制作
• 2.2 加载与测试装置
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 试验过程及结果
• 2.3.2 试件中部钢管纵向应变
• 2.3.3 钢管混凝土组合材料泊松比
• 2.3.4 极限承载力
• 2.4 钢管混凝土短柱的有限元分析
• 2.4.1 ANSYS实体模型
• 2.4.2 ANSYS梁单元模型
• 2.4.3 有限元分析与试验的比较
• 2.5 小结
• 第3章 无屈服点四肢钢管混凝土格构柱试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 模型设计与制作
• 3.2.1 试验模型设计
• 3.2.2 模型制作
• 3.3 加载与测试装置
• 3.3.1 加载装置
• 3.3.2 测试装置
• 3.4 加载方案
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 GGZY01及 GGZY02轴心受压试件
• 3.5.2 GGZY03及 GGZY04偏心受压试件
• 3.6 小结
• 第4章 钢管混凝土格构柱极限承载力的计算方法研究
• 4.1 概述
• 4.2 四肢钢管混凝土格构柱承载力计算公式的推导
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 偏心率折减系数计算公式
• 4.2.3 长细比折减系数计算公式
• 4.3 四肢钢管混凝土格构柱有限元分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 模型的建立
• 4.3.3 ANSYS计算结果与试验值的比较
• 4.3.4 轴压格构柱承载力的影响因素有限元分析
• 4.3.5 格构柱长细比折减系数好有限元分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 存在的问题及前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 硕士学位期间发表的论文成果及参加的课题