鋼管混凝土組合力學性能及粘結滑移性能研究.pdf

1、鋼管混凝土由于具有許多優(yōu)點，因而在工程中得到越來越多的應用。對鋼管混凝土力學性能的研究是目前工程界研究的熱點問題之一，但大多數的研究都集中在承載能力的研究和抗震性能的研究方面。目前國內外對于鋼管混凝土協(xié)同工作和粘結滑移性能及粘結滑移本構關系的研究還很少，有的也不夠深入。因此本文在總結國內外對鋼管混凝土組合力學性能和粘結滑移性能研究的基礎上，研究了鋼管混凝土彈性階段的緊箍力，從彈性理論出發(fā)，推導出了鋼管混凝土彈性階段緊箍力的計算公式，得到

2、了緊箍力與鋼材的泊松比、混凝土的泊松比、彈性模量比、含鋼率及核心混凝土上作用應力之間的關系：對鋼管混凝土柱中荷載不同傳入方式下，鋼管與混凝土的軸向壓力分配進行了研究，得到了各自的軸向壓力分配系數。得出了剪力傳遞長度的計算公式及剪力傳遞范圍內的粘結抗剪能力。
　　 基于連續(xù)介質力學理論導出了鋼管混凝土組合彈性本構關系，這一本構關系為進一步研究鋼管混凝土的彈塑性穩(wěn)定及疲勞等問題提供了理論基礎，同時也得到了考慮緊箍作用下鋼管混凝土的組

3、合軸壓剛度的計算式。由理論計算公式得到的鋼管混凝土的組合軸壓剛度與統(tǒng)一理論計算的結果相近。
　　 鋼管混凝土的組合剛度，要比目前廣為采用的沒有考慮緊箍作用的換算剛度高，組合軸壓彈性模量也要比換算彈性模量高；組合軸壓剛度也比換算剛度要高，其差值隨含鋼率的增加而增大，隨混凝土強度的提高而略有降低。
　　 基于彈性力學中能量法和最小勢能原理，導出了鋼管混凝土柱在軸向壓力作用下的緊箍系數、組合軸壓彈性模量的理論計算公式。理論計算

4、公式算得的結果與按照統(tǒng)一理論所得的結果相近，也與按彈性理論得到的鋼管棍凝土受壓柱組合彈性模量理論公式所算得的結果相近。
　　 鋼管混凝土短柱的推出試驗荷載—滑移曲線表現為兩種形式，一是曲線出現明顯的峰值點和隨后的下降段，二是曲線不出現峰值點和下降段，但有明顯的拐點。界面最大粘結力隨鋼管混凝土柱長細比、徑厚比、含鋼率的變化而變化。節(jié)點推出試驗中鋼管和'凝土之間的粘結強度要比短柱推出試驗中的粘結強度高，粘結破壞荷載相應也比短拄的要大

5、。軸壓試驗中無論是A式加載還是B式加載，對短柱的極限承載力影響不大。
　　 通過對17個鋼管混凝土短柱及節(jié)點試件的試驗，首先得到了9個短柱推出試驗試件的荷載一滑移關系曲線，由此可得到推出試驗試件的極限粘結荷載及極限粘結強度的大小，通過分析得到了影響粘結強度的因素和粘結強度隨這些因素（長細比、徑厚比、含鋼率、緊箍系數等）的變化規(guī)律。也得到了鋼管壁上的應變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，經進一步分析得到了粘結強度隨位置及荷載變化的規(guī)

6、律，也確定出了剪力傳遞區(qū)的長度以及粘結—滑移本構關系。其次得到了4個軸壓試驗試件的荷載一位移關系曲線，也得到了鋼管壁上的應變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，得出了粘結強度隨位置及荷載變化的規(guī)律，并確定出了剪力傳遞區(qū)的長度以及粘結—_滑移本構關系。最后通過對2個節(jié)點推出試驗試件和2個節(jié)點軸壓試驗試件的試驗，得到了荷載—位移關系曲線，同時得到了鋼管壁上的應變隨位置及荷載的變化而變化的規(guī)律，得到了粘結強度隨位置及荷載變化的規(guī)律，確定出了剪力傳

7、遞區(qū)的長度以及粘結—精移本構關系。
　　 從理論上分析了鋼管應力、鋼管與混凝土的粘結應力及相對滑移的相互關系，通過數學分析，推導了鋼管應力、鋼管與混凝土的粘結應力及相對滑移的解析表達式。得到了粘結應力—_滑移相互關系隨不同位置的變化規(guī)律。
　　 根據9個圓鋼管混凝土推出試件的試驗結果，通過線性統(tǒng)計回歸得到了考慮長細比、徑厚比、含鋼率、緊箍系數等影響因素的鋼管混凝土初始粘結破壞荷載、極限粘結破壞荷載、初始粘結強度、極限粘結

8、強度的計算公式，把由計算公式得到的計算結果與試驗結果進行了比較分析和誤差分析。
　　 根據實測推出試件中鋼管外貼應變片中的應變隨位置的變化關系，推導了粘結應力與外鋼管表面應變的關系式，分析了粘結應力沿圓鋼管混凝土柱高的分布規(guī)律，通過對圓鋼管應變的量測發(fā)現粘結應力沿柱高方向大體上服從指數分布。
　　 通過線性統(tǒng)計回歸得到的極限粘結強度計算公式，對圓鋼管混凝土鋼管先受力構件力學性能的影響進行了初步探討。通過分析可知，鋼管先受

9、力構件的粘結強度大小直接影響到剪應力傳遞長度的大??；但對鋼管混凝土極限承載力沒有顯著的影響，然而將會使構件在較小的應力下產生過大的變形。
　　 對9個推出試驗試件進行了非線性有限元計分析，得到了粘結破壞荷載及相應的滑移值，計算結果都比試驗值低，對計算結果和試驗值相差的原因進行了分析，但所有試件計算結果和試驗結果的比值很有規(guī)律性。總體說來，本文采用的有限元分析方法給出了較為準確的計算結果。
　　 在非線性有限元分析的推出模