圆钢管混凝土轴压短柱分析与研究

论文摘要

钢管混凝土构件（Concrete-Filled Steel Tube,简称CFT）由于有效地利用了钢管和混凝土两者之间的相互约束而产生的增强作用，弥补了各自力学性能上的缺陷，使其具有承载能力高、延性好、抗爆抗冲击性能优良等特点,目前已被广泛地应用于建筑及桥梁结构中。目前，对于钢管混凝土本构的研究还不充分，只有少量约束混凝土本构模型能够利用到构件的理论分析中；同时，这些本构模型形式较为复杂，适用范围不一，并且大部分混凝土本构模型对应的分析方法都是通过事先假设或根据试验数据提出的经验公式来处理钢管给予混凝土的环向约束作用，而不能随着轴向应变的增加实时地计算约束力。鉴于此，本文采用基于八面体应力-应变表达形式的Xiao（1989）约束混凝土本构模型并结合经典塑性理论对CFT和CCFT轴压短柱进行全过程应力-应变分析。鉴于约束混凝土本构模型以及钢管混凝土轴压分析方法的复杂性，为更加便捷有效地对钢管混凝土柱进行全过程分析，采用Xiao（1989）提出的约束混凝土八面棱柱体应力-应变本构模型及相应的破坏准则，结合经典塑性力学中钢材的各向同性线性强化模型，利用广义位移控制法对长细比在2.0-3.0之间的钢管混凝土轴压短柱进行全过程应力-应变曲线分析。同时，为了弥补Choi和Xiao （2010）[67]提出的分析模型的缺陷，将钢管的轴压应力-应变曲线简化为包括弹性、塑性、强化以及二次塑性流动在内的四折线段式。分析研究了钢管和混凝土在整个受力过程中存在的不同相互作用状态。为了考虑钢管强化和二次塑性需要在Cho（i2007）[73]推导的程序中新添加入8种协同工作情况。为证明该分析方法的正确性，本文引用部分已有试验数据与分析结果进行比较。比较结果表明该方法能够方便准确地预测具有明显强化效应的圆钢管混凝土轴压柱的弹性、屈服和强化阶段的应力-应变曲线。此外，本文还将此法推广到了约束钢管混凝土轴压短柱的分析中，为今后进一步的研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土概述
• 1.1.1 钢管混凝土结构简介
• 1.2 钢管混凝土结构的研究现状
• 1.2.1 钢管混凝土结构的发展和研究
• 1.2.2 目前对钢管混凝土柱（CFT）的研究
• 1.3 主要研究目的和内容
• 第2章 普通钢管混凝土轴压短柱分析
• 2.1 概述
• 2.2 钢管混凝土柱的分析
• 2.2.1 理论和假设
• 2.2.2 平衡条件
• 2.2.3 变形协调条件
• 2.2.4 本构模型
• 2.2.5 全程分析过程
• 2.2.6 程序运算法则
• 2.3 分析结果与试验比较
• 2.3.1 与 Hayashi 试验[54]的比较
• 2.3.2 与 Tomii 试验[55]的比较
• 2.3.3 与 Schneider 试验[58]比较
• 2.3.4 与 Sato 试验[57]比较
• 2.3.5 王庆利等试验[75]比较
• 2.4 与钟善桐等计算模型比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 约束钢管混凝土轴压短柱分析
• 3.1 引言
• 3.2 全过程分析
• 3.2.1 平衡条件
• 3.2.2 变形协调条件
• 3.2.3 本构关系
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.5 运算法则
• 3.2.6 判断以上各种情况的临界条件
• 3.3 分析结果与试验比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 圆钢管混凝土轴压柱力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 Visual Basic 计算程序编写
• 4.2.1 Visual Basic 语言简介
• 4.2.2 程序使用说明
• 4.3 （约束）钢管混凝土轴压构件力学性能的影响因数
• c'）的影响'>4.3.1 混凝土强度（f_c'）的影响
• y'）的影响'>4.3.2 钢材强度（f_y'）的影响
• 4.3.3 径厚比（D/T）的影响
• 4.3.4 CFRP 对钢管混凝土的影响
• 4.4 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文