鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓組合柱受力性能與設計方法研究.pdf

1、鋼骨-鋼管混凝土柱是在鋼管中插入鋼骨后充填混凝土而形成的現(xiàn)代新型組合柱。鋼骨-鋼管混凝土柱綜合了鋼骨混凝土柱和鋼管混凝土柱兩者的性能優(yōu)勢,能夠滿足現(xiàn)代工程結構往大跨、重載、高聳及承受惡劣條件方向發(fā)展和工業(yè)化生產施工的要求。在總結鋼-混凝土組合柱以往研究成果的基礎上,本文對鋼骨-鋼管高性能混凝土組合柱在軸壓荷載下的受力性能和設計方法進行了較為深入的試驗與理論研究。主要研究內容如下:
　　 1、以套箍系數(shù)、配骨指標和長細比等為主要變

2、化參數(shù),進行了9根鋼骨-鋼管高性能混凝土短柱和11根長柱的軸壓試驗,觀察并研究了這種新型組合柱在軸心壓力作用下的宏觀變形特征、破壞機理、破壞模式,較為系統(tǒng)地考察了鋼管壁厚、鋼骨截面面積、混凝土強度等級及構件長細比對組合柱承載力的影響規(guī)律,對比了鋼骨-鋼管高性能混凝土柱和鋼管高性能混凝土柱、不同支座加載條件下鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱的力學性能差異。
　　 2、采用內力分解分析法,得到了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱中鋼骨、鋼

3、管和核心混凝土應力與試件縱向平均應變(σ-ε1)的關系曲線,以及鋼骨、鋼管和核心混凝土三者的軸力分配關系。把處于復雜受力狀態(tài)的鋼骨、鋼管和核心混凝土綜合工作性能分解開來,對鋼骨、鋼管和核心混凝土的相互依賴關系和鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱的工作機理獲得了更明確和深刻的認識。
　　 3、采用大型通用有限元軟件ANSYS對平板支座加載條件下的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱進行了非線性有限元分析,有限元分析的計算曲線與試驗曲線吻合良

4、好,通過對試件在進入彈塑性階段后不同受力階段中截面核心混凝土縱向應力和等效應力分布情況的研究,探討了鋼管和鋼骨翼緣對核心混凝土約束作用機理。
　　 4、基于疊加原理和極限平衡理論,推導了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱截面承載力計算公式;通過考察影響軸壓短柱承載力的各因素,在鋼管混凝土柱的基礎上首次引入加勁系數(shù)ζ作為鋼骨對鋼管混凝土的貢獻參數(shù),并依據(jù)有關試驗結果,得到了基于回歸分析的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱極限承載力近似計算

5、公式;最后,對軸壓短柱各極限承載力計算公式的計算結果進行了比較分析。
　　 5、根據(jù)穩(wěn)定理論和切線模量理論推導了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長柱的彈性和彈塑性穩(wěn)定承載力,并得到了該組合柱發(fā)生彈性和彈塑性失穩(wěn)的界限長細比表達式;結合鋼骨.鋼管高性能混凝土軸壓柱核心混凝土的受力特征,考慮鋼骨翼緣對核心混凝土約束效應的貢獻,提出了基于Saenz模型的核心混凝土等效單軸受壓應力-應變關系模型,采用所提出的模型對鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長

6、柱的荷載-變形關系進行了非線性全過程分析,計算曲線與試驗曲線吻合良好,在此基礎上對軸壓長柱穩(wěn)定系數(shù)的影響因素進行了參數(shù)分析;提出了鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長柱承載力的實用計算公式;最后,對本文及其他學者所提出的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓長柱承載力計算方法進行了比較分析。
　　 6、通過數(shù)學分析方法,得到了本文及其他學者所建立的鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓柱承載力計算公式的統(tǒng)計參數(shù)表達式,采用JC法對鋼骨-鋼管高性能混凝土軸壓短柱