薄壁型钢管混凝土管状梁柱中钢板的屈曲

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1、建筑钢结构研究杂志薄壁型钢管混凝土管状梁柱中钢板的屈曲梁清泉a,布莱恩乌伊b,J.Y.理查德刘易斯设计和研究的学院，澳大利亚，昆士兰4350，图文巴，南昆士兰大学澳大利亚，新南威尔士州2522，卧龙岗，卧龙岗大学，土木工程学院，采矿与环境工程，新加坡，新加坡117576，新加坡国立大学，土木工程系在2005年10月19日收到;在2006年5月26日接受摘要：高强钢和混凝土的应用，使得薄钢板开始应用在填充混凝土的钢管梁柱中。然而，在组合梁柱中薄钢板的应用可能会增加局部屈曲，这将减弱这些构件的强度和延性性能。通过有限元分析方法，分析了在填

2、充混凝土的薄壁钢管梁柱中钢板的临界局部屈曲和局部屈曲后性能。运用几何和材料非线性分析来研究在压力和平面内弯曲作用下钢板中的临界局部和后张局部屈曲强度。非线性分析中考虑了钢板的初始几何缺陷和残余应力，材料屈服和应变硬化。基于非线性有限元分析结果，本文提出一组设计公式，以确定这种组合梁柱的临界局部屈曲和钢板的极限强度。此外，还提出在不均匀压力作用下，钢板极限强度设计中有效宽度的计算公式。这一组设计公式可以直接用于组合梁柱的设计和考虑局部屈曲作用后的薄壁钢管混凝土梁柱分析。关键词：有效宽度，有限元分析，局部屈曲，局部屈曲后性能，钢板，强度1

3、介绍钢管混凝土薄壁钢管束柱是有效的结构构件，已经在高层建筑、桥、海上结构被广泛使用。一个钢管混凝土梁柱建造成正方形或长方形钢铁管柱，并在里填充混凝土，就如图1中描绘的。在混凝土钢管混凝土梁柱中，压力作用下的钢板受混凝土核心的限制，只能向外产生局部弯曲。这屈曲模式导致了在钢箱梁以及复合荷载临界的局部屈曲强度的大幅度增加。钢箱梁完全包绕了混凝土的核心以至于包裹的混凝土的延性被大大的加强。钢板也可以作为纵向钢管和混凝土核心的永久性框架，这能够快速建设和节省大量的材料。这种类型的复合柱能提供优良的结构性能，如高强度，高韧性和大量的能量吸收能力

4、。高强度结构钢和高强度混凝土的可用性导致一些板薄的钢管混凝土在梁，柱的使用。然而，这提高了对在压力作用下和面内弯曲作用下的局部的不稳定问题的关注，这可能会在混凝土钢管混凝土梁，柱遇到。有初始几何缺陷和焊接残余应力薄钢板的局部弯曲会导致强度和韧性的明显减少。由压缩和面内弯曲决定的板的局部稳定已经成为一个研究热点很多年了。沃克研究偏心荷载下的地板的屈曲性能，是用辽金的方法来解决非线性的同时微分方程的问题。罗德岛和哈维【2】研究的是在平板上的局部和局部扭曲后行为的偏心荷载的影响，这些平板由受荷边缘的支撑，承受各种空载的边缘条件，罗兹等人【3

5、】发表了在变化的线性位移下最初的不完善的板受荷能力的研究结果。宇佐美【4，5】用能量分析法和非线性有限元分析法来研究受支撑的受压和受弯钢板的后局部的屈曲强度，为预测钢板的极限弯曲强度提出有效的宽度公式。娜拉亚男和陈【6】对受变化的线性位移含板孔的弹性局部弯曲和后局部屈曲强度进行了分析和研究。山姆更等人对包括在压缩和面内弯曲作用下的局部屈曲简支钢板薄壁钢箱的极限荷载进行了研究。应当指出在以上提出的研究中，板被允许在两个方向上弯曲。与混凝土接触的钢板被限制着仅向着一个方向弯曲当受到边缘压力的影响的时候。这种一个方向的钢板的弯曲已经引起了研

6、究学者的兴趣。葛和佐宇美【8】关于短钢管混凝土梁柱进行非线性有限元分析，并提出了在均匀压力下的钢板最终的强度计算公式。怀特【9,10】用能量方法和研究与混凝土接触的薄壁钢板的屈曲特性，并得出与混凝土接触的配料钢板接触的宽厚比的极限。局部屈曲作用下的薄壁钢管混凝土钢箱梁柱极限负载性能已经由乌伊和布拉德福德【11】，卜来杰【12】等人进行试验研究。刘易斯【13】，乌伊和梁【14】用有限元研究在轴向压力的作用下的钢管混凝土箱梁中的钢板的局部和后局部屈曲性能，并为横梁中的极限钢板强度的设计拟议有效宽度公式。梁【15】等人已经将纤维分析方案纳入

7、这些有效公式，并用于先进的钢管混凝土薄壁钢箱梁柱考虑局部屈曲作用分析。除此以外，梁等人【16,17】为双轴压缩和剪切下双层复合板中的钢板的设计提出屈曲和极限强度相互作用公式。然而，大多数文献中报告的关于混凝土中的钢板的局部屈曲的研究在统一的边缘压缩钢板受关注。薄壁型钢管混凝土梁，柱中的在非均匀压缩和面内弯曲下的局部和后局部屈曲行为钢板在文献中尚未被报告。本文前面提到在非均匀压缩和面内弯曲工作延伸[14]钢板。几何和材料非线性有限元分析进行预测在非均匀压缩和面内弯曲下的局部和扭曲后的局部钢板单向的临界强度。基于非线性有限元分析得到的结果

8、，一套设计公式被提出适用于计算钢管混凝土箱梁列量化钢板局部屈曲和最终临界强度。除此以外，有效宽度公式用于在非均匀压缩下钳位钢板的极限强度预测。拟议的设计公式在文献中对现有的设计公式进行了审查。2．有限元分析2.1总有限元