基于厚壁圆筒理论的钢管混凝土柱受力分析

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1、分类号:TU31810710-2015128021硕士学位论文基于厚壁圆筒理论的钢管混凝土柱受力分析姜志琳导师姓名职称赵均海教授申请学位级别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学Mechanicalanalysisofconcretefilledsteeltubularcolumnsbasedonthick-walledcylindertheoryAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiangZhilinSupervisor：Prof.Zh

2、aoJunhaiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要钢管混凝土柱由于其承载力、延性及抗震性能的提高而越来越多地在建筑及桥梁工程中应用，但由于受力复杂，还需要深入研究。对钢管混凝土柱的承载力进行研究时，可将圆钢管假定为厚壁圆筒。同时在工程中还有许多问题也可简化为厚壁圆筒，如桩基扩孔、隧道、支护结构等，这些结构一旦发生破坏，其危害力较大，因此有必要更加准确的研究其极限承载力使其接近实际情况，同时也应有效提高结构的极限承载力。现有的大多数材料在拉伸与压缩状态下，屈服强度及弹性模量均不相同，以往的研究表明两者均对极限内压存在显著影响，但仅考虑了一

3、个方面的影响，且大多的屈服准则仅适用于某一类材料。为此本文以单、双层厚壁圆筒为研究对象，主要对其应力分布及极限承载力进行研究，研究内容及结果如下：(1)基于双剪统一强度理论与理想弹塑性本构模型，考虑材料的中间主应力效应、拉压强度不同特性及拉压模量差异性，推导了均布内压作用下单层厚壁圆筒在弹性区与塑性区的应力分布，并求解了结构的弹性、塑性与安定极限内压解；通过与其他文献的退化验证、试验验证及数值模拟验证说明了本文理论计算解的正确性；分析了外半径与内半径之比、统一强度理论参数、拉压强度比与拉压模量系数对各个极限解的影响。(2)采用双剪统一强度理论，考虑材料拉压模量不同的

4、特性，针对均布内压作用下由理想弹塑性材料制成的双层厚壁圆筒的受力分析进行推导，分析了壁厚、分层半径、统一强度理论参数、拉压强度比及拉压模量系数对极限解的影响；考虑材料线性强化的特性，推导了均布内压作用下双层厚壁圆筒在弹、塑性状态下的应力分布及弹、塑性极限内压解，分析了极限解与强化模量系数、拉压强度比、统一强度理论参数、壁厚及分层半径的关系。(3)将厚壁圆筒理论应用于钢管混凝土柱中，求解得到弹、塑性状态下圆钢管的极限内压及应力场，根据钢管的应力分布分析得到核心混凝土的受力情况，进而根据钢管与混凝土的轴向应力推导得到钢管混凝土柱的轴压承载力。(4)采用ANSYS软件，基

5、于Mises准则，模拟计算了均布内压作用下厚壁圆筒的应力分布状态，并由模拟结果得到塑性区半径的大小；通过与理论计算解的对比，两者结果吻合良好，可相互验证其正确性。关键词:单-双层厚壁圆筒，钢管混凝土柱，双剪统一强度理论，线性强化模型，拉压强度，拉压模量I本论文得到以下项目的资助：国家自然科学基金(51508028），中央高校基本科研业务费专项资金资助(310828173402)。IIAbstractConcrete-filledsteeltubularcolumnismorepopularinconstructionandbridgeengineeringdueto

6、itsimprovementofbearingcapacity,ductilityandseismicperformance.However,theforceofconcrete-filledsteeltubularcolumniscomplicatedandtheresearchaboutconcrete-filledsteeltubularcolumnneedstobestudiedintensively.Whenstudyingthebearingcapacityofconcrete-filledsteeltubularcolumn,roundsteeltub

7、escanbeassumedasthick-walledcylinders.Atthesametime,manyproblemsinengineeringthatcanalsobesimplifiedtothick-walledcylinders,suchaspilefoundationreaming,tunnelandsupportingstructure.Oncethesestructuresaredestroyed,someharmfulconsequenceswouldbehappened.Hence,itisnecessarytomoreaccurat