高强方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能研究

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1、分类号:学校代码:10153UDC:密级:公开硕士学位论文高强方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能研究作者姓名：刘迪入学年份：2013年9月指导教师：李帼昌教授学科专业：结构工程申请学位类别：工学硕士作者所在单位：土木工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：梁力答辩委员会组成：梁力许伟张海霞王占飞隋伟宁论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要钢管混凝土是实际工程中应用最为广泛的钢与混凝土组合结构，其具有承载力高、塑性韧性好、经济效益好、耐火以及方便施工等特点。现如今，世界各地的学者已对钢管混凝土构件进行了深入而全面

2、的研究。然而，目前关于研究高强钢材与高强混凝土同时替代普通材料的钢管混凝土结构的相关报道仍然较少。本文通过试验与有限元模拟相结合的方法对高强方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能进行了全面研究。试验设计了两组共6个钢管壁厚分别为4mm，5mm，6mm的试件，采用三分点的加载方式进行研究，观察试件的破坏形态，研究纯弯构件的工作机理。利用ABAQUS有限元分析软件模拟与试验同规格的试件，通过对模型本构关系、边界条件、网格划分等的调整使得有限元模拟构件的破坏形态以及荷载-挠度曲线与试验构件的吻合程度良好。在试验与有限元模拟的基础上，更深入的研究了纯弯构件受力全过程中的弯矩-曲率关系曲线、混凝土

3、应力应变分布、钢管应力应变分布、各组份分别承担荷载的大小以及中性轴的变化规律。分析了不同含钢率、钢管屈服强度、混凝土抗压强度对纯弯构件极限承载力、抗弯刚度、延性等的影响。分析了我国GB50936（2014）、欧洲EC4（1994）、日本AIJ（1997）以及美国AISC-LRFD（1999）规范中抗弯承载力计算公式的适用性。同时，通过大量有限元分析，采用数据拟合的方法推导出了高强方钢管高强混凝土构件的抗弯承载力的计算公式。研究表明，组合构件中高强钢管和高强混凝土在弯矩作用下能很好的协同工作，构件的弯矩-曲率曲线大致可以分为弹性阶段、弹塑性阶段以及强化三个阶段；构件的极限承载力随着含钢

4、率、钢管屈服强度以及混凝土的抗压强度的提高而提高，抗弯刚度和延性系数的大小也随着含钢率的增大而提高；利用EC4（1994）规范的承载力公式计算得到的结果与试验和模拟结果均吻合较好，且承载力实测值与计算值的比值的离散性最小，经综合分析，EC4（1994）规范适用于高强方钢管高强混凝土的抗弯承载力计算；利用试验数据验证了抗弯承载力推导公式的正确性。关键词：高强方钢管；高强混凝土；纯弯构件；试验研究；有限元分析；力学性能II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractConcretefilledsteeltube(CFST)hasthecharacteri

5、sticofhighbearingcapacity,goodplasticity,goodtoughness,goodeconomicperformance,fireresistantandconvenientconstruction.TheCFSTisoneofthesteel-concretecompositestructurewhichhasbeenwidelyusedinpracticalengineering.ThescholarsallovertheworldhavecarriedoutacomprehensivestudyontheCFST,however,therep

6、ortoftheresearchabouthigh-strengthconcretefilledhigh-strengthsquaresteeltube(HCFHST)whichusedhigh-strengthmaterialsinsteadtheordinarysteelandconcretearestillless.Inthispaper,acomprehensiveanalysiswaspresentedonthemechanicalbehaviorofHCFHSTsubjectedtopurebendingbythetestandfiniteelementanalysism

7、ethods.Thetestpreparedatotalof6specimenswhichdividedintotwogroupsthateachoneofthemwerethesteeltubewallthicknessof4mm,5mmand6mm.Thetestusedthirdpointloadingmethod,thenobservedthefailuremodeandstudythemechanismofthebendingmembers.Th