圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭力学性能研究

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1、圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭力学性能研究StudyontheMechanicalPropertiesofConicalDoubleSkinConcreteFilledSteelTubeSubjectedtoCompressionandTortion研究生：李爽指导教师：任德斌教授任庆新教授学科专业：工程力学二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭力学性能研究作者姓名：李爽入学年份：2013年9月指导教师：任德斌教授学科专业：工程力学任庆新教授申请学位：工学硕士所在单位：土木工程学院论文提交日期：20

2、15年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年01月答辩委员会主席：刘永军答辩委员会组成：刘永军李健刘铁林海洪刘杰民论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要作为一种新型的钢管混凝土结构形式，圆锥形中空夹层钢管混凝土构件越来越广泛地应用于实际工程中，深入研究圆锥形中空夹层钢管混凝土构件的力学性能具有重要理论意义和实用价值。本文从理论、试验和数值模拟三个方面对圆锥形中空夹层钢管混凝土构件在压扭荷载作用下的力学性能进行了研究与分析，结合以往有关圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭力学性能和普通钢管混凝土压扭力学性能的研究成果，建议了圆锥形中空夹层钢管混凝土构

3、件压扭承载力实用计算方法。主要内容包括以下三个方面：揭示了圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭荷载作用下的破坏机理。试验研究了10个圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭荷载作用下的破坏形态和扭矩-位移全过程曲线，发现典型的扭矩-转角曲线可以分为弹性阶段、塑性阶段和塑性强化阶段。在弹性阶段，扭矩-转角关系曲线基本呈直线关系，外钢管、内钢管和混凝土全部参加工作，几乎无相互作用力产生；在弹塑性阶段，混凝土开始发展微裂缝，混凝土横向变形超过钢管横向变形，三者之间产生相互作用力，内外钢管进入弹塑性阶段；在塑性强化阶段，混凝土受内外钢管的约束，有效地抑制了钢管的局部屈曲，使构件的抗扭承载

4、力继续增长。总体上，圆锥形中空夹层钢管混凝土构件在压扭荷载作用下表现出良好的塑性。建立并修正了模拟圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭实际工作状态的有限元模型。采用专业有限元软件ABAQUS对圆锥形中空夹层钢管混凝土构件在压扭作用下的工作状态进行模拟，结合试验得到的破坏形态、扭矩-转角全过程曲线等信息修正模型，使二者结果一致，可靠模型的建立为构件的数值模拟研究提供了基础。研究了影响圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭极限承载力的参数。采用控制变量法对锥度、外钢管屈服强度、内钢管屈服强度、混凝土强度等级、截面空心率、内钢管径厚比、名义含钢率、轴压比等对构件压扭极限承载力的影响进

5、行了分析，发现锥度、外钢管屈服强度、截面空心率、内钢管径厚比、名义含钢率等对构件压扭极限承载力和延性有一定的影响；内钢管屈服强度、混凝土强度等级、轴压比等对构件压扭极限承载力和延性影响不大。产生这一规律的本质原因是组成构件材料的强度越大、构件截面扭转惯性矩越大，构件的极限承载力和抗扭刚度越大。建议了圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭承载力计算方法。基于已有的圆钢管中空夹层钢管混凝土压扭构件的承载力设计方程，给出了圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压扭承载力计算公式。通过试验和数值模拟验证了该公式的正确性和合理性。关键词：圆锥形中空夹层钢管混凝土构件；压扭荷载；试验研究；数值模

6、拟；计算方法II摘要硕士研究生学位论文AbstractAsanewformofconcretefilledsteelstructure,conicaldoubleskinconcretefilledsteeltubeincreasinglywidelyusedinpracticalengineering,whichmakesithasimportanttheoreticalsignificanceandpracticalvaluetostudyonthemechanicalpropertiesofconicaldoubleskinconcretefilledsteel

7、tube.Thepaperstudyonthemechanicalpropertiesofconicaldoubleskinconcretefilledsteeltubesubjectedtocompressionandtorsionfromthetheory,experimentandsimulation,combinedwithpreviousrelevantpropertiesofconicaldoubleskinconcretefilledsteeltubesubjectedtocompressionandtorsionandgeneralc