矩形鋼管混凝土柱的基本力學(xué)性能研究.pdf

1、本文從矩形鋼管混凝土柱的軸壓和抗震性能兩方面展開了研究.前者主要針對(duì)軸壓力下矩形鋼管混凝土短柱的承載機(jī)理進(jìn)行研究,是進(jìn)行抗震性能研究的基礎(chǔ);后者是前者的延伸與擴(kuò)展,面向工程應(yīng)用.相應(yīng)地,本論文亦包括兩大部分.第一部分是關(guān)于軸心壓力下矩形鋼管混凝土短柱靜力性能的分析研究.一、混凝土三維本構(gòu)模型的分析、改進(jìn)及應(yīng)用對(duì)前人建立的三維亞彈性混凝土本構(gòu)模型進(jìn)行了分析、改進(jìn)和應(yīng)用.考慮到以往的分析模型在確定峰值應(yīng)力和等效峰值應(yīng)變時(shí)計(jì)算較煩瑣,本文中引

2、入了以主應(yīng)力比表達(dá)的峰值應(yīng)力準(zhǔn)則和等效峰值應(yīng)變準(zhǔn)則.這樣,在進(jìn)行三向受力混凝土的分析時(shí)峰值應(yīng)力和等效峰值應(yīng)變的確定過程變得相對(duì)簡(jiǎn)單,避免了煩瑣的迭代過程,計(jì)算效率較高同時(shí)能保證足夠的分析精度.二、軸壓矩形鋼管混凝土短柱的三維非線性有限元分析考慮到軸心受壓矩形鋼管混凝土柱的受力特點(diǎn),用本文模型編制了三維受力混凝土單元的材料模型程序并嵌入ANSYS5.7軟件中,建立了矩形鋼管混凝土柱的三維有限元分析模型,對(duì)矩形鋼管混凝土短柱的軸壓全過程進(jìn)行

3、了分析研究,揭示了矩形鋼管混凝土柱的組合受力機(jī)理:隨著截面長寬比的變大,主壓力的斜壓桿將逐步傾向于截面短邊一側(cè),且高應(yīng)力區(qū)的相對(duì)面積隨著截面長寬比的加大而減少.三、內(nèi)填混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究考慮到現(xiàn)有的內(nèi)填混凝土骨架曲線主要是針對(duì)方鋼管混凝土柱,本文根據(jù)矩形鋼管混凝土短柱三維非線性分析的成果,提出了針對(duì)矩形鋼管混凝土的分區(qū)約束和等效約束效應(yīng)系數(shù)(ξ<,eq>)的概念,使一般的矩形和方鋼管混凝土的約束效應(yīng)系數(shù)(ξ<,eq>,ξ)成為關(guān)于截面

4、長寬比(D/B)的統(tǒng)一的連續(xù)函數(shù).以前人的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過引入等效約束效應(yīng)系數(shù)(ξ<,eq>),建立了針對(duì)一般矩形鋼管混凝土柱的內(nèi)填混凝土的等效單軸應(yīng)力-應(yīng)變模型.建議的曲線與前人的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,吻合良好.表明本文建立的本構(gòu)曲線表達(dá)形式簡(jiǎn)單,抓住了內(nèi)填混凝土非線性發(fā)展過程的主要特征.第二部分是矩形鋼管混凝土柱抗震性能的試驗(yàn)和分析研究.一、矩形鋼管混凝土柱抗震性能的試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)了試驗(yàn)裝置和矩形鋼管混凝土柱試件,首次進(jìn)行了16個(gè)1

5、/2比例的矩形鋼管混凝土柱試件在常軸力下的側(cè)向低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究.二、矩形鋼管混凝土的組成材料及界面的粘結(jié)-滑移滯回模型研究建立了考慮鋼材包興格效應(yīng)的材料滯回本構(gòu)模型,建立了考慮約束效應(yīng)后內(nèi)填混凝土的等效單軸應(yīng)力-應(yīng)變滯回本構(gòu)模型,提出了矩形鋼管混凝土中鋼管與內(nèi)填混凝土粘結(jié)面的粘結(jié)一滑移滯回本構(gòu)模型,編制了相應(yīng)的子程序,并給出了任意加載路徑下算例予以驗(yàn)證.三、考慮界面粘結(jié)-滑移的矩形鋼管混凝土柱的滯回全過程仿真分析在本文建立的材料及界