试析复式钢管混凝土柱承载力研究

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1、。F97790B长安大学硕士学位论文复式钢管混凝土柱承载力研究郭红香申请学位级别墨鲎塑主学科名称熊垫墨壅论文提交日期2QQ§：12论文答辩日期2凶亘。l答辩委员会主席：学位论文评阅人：复式钢管混凝土柱承载力研究硕士生：郭红香专业：结构工程指导老师：赵均海教授摘要由于复式钢管混凝土具有良好的力学性能，施工方便、安全，近年来，在土木工程、公路桥梁等领域的应用越来越广泛。为了加固现存的钢管混凝土柱，避免在尺度较大的柱中采用管壁厚度较大的钢管(因厚度板材供应和加工制作比较困难)，采用由多重钢管组成的复式钢管混凝土柱将是发展的

2、方向。目前复式钢管混凝土结构的主要截面形式为内圆外圆和内圆外方两种。圆形截面的复式钢管混凝土结构因为圆钢管对核心混凝土均匀的“约束”而具有良好的性能。方形截面复式钢管混凝土由于形式简单而节点处理相对较容易。本文主要对内圆外圆和内圆外方截面的复式钢管混凝土柱的承载力进行研究，并将理论分析结果同文献的试验结果相比较，取得了较好的研究成果。首先，运用俞茂宏统一强度理论对内圆外圆和内圆外方截面形式的复式钢管混凝土轴压和偏压柱进行了理论分析，得出了复式钢管混凝土柱承载力公式的统一解，分析了影响统一解的各种因素，将计算结果与文献

3、进行对比吻合较好，从而验证了理论公式的正确性和可行性。(1)通过本文的计算结果可以看出采用统一强度理论计算的理论结果与文献资料结果误差较小，说明俞茂宏统一理论对于复式钢管混凝土的计算合理，且对内圆外方复式钢管混凝土柱将方形截面转换为圆形截面是可行的。(2)在本文研究的复式钢管混凝土承载力计算公式中影响其承载力的主要因素是材料的拉压比和中间切应力，以及混凝土的内摩擦角。承载力随着钢材的拉压强度比的增大而增大；混凝土的内摩擦角增大，相应的系数k值增大，复式钢管混凝土的承载力也相应增大；承载力还随着材料破坏影响程度系数b值

4、的增大而增大。(3)在内圆外方实心钢管混凝土截面尺寸保持不变的情况下，圆钢管的屈服强度、壁厚、管径及圆钢管本身的承载力是影响复式钢管混凝土承载力的主要因素。当圆钢管的管径及屈服强度一定时，复式钢管混凝土的承载力随着圆钢管厚度的增加而提高：当圆钢管的屈服强度和厚度～定时，内圆外方实心钢管混凝土的承载力随着管径的增大而提高。其次，在总结前人研究的基础上，利用大型有限元软件ANSYS8．0，对钢材采用VonMises屈服条件和等向强化本构关系，对混凝土采用William—Warnke五参数破坏准则和弹塑性本构关系，首次采用

5、三维实体单元对圆中空夹层和方中空夹层复式钢管混凝土柱进行了三维模拟，分析了在轴压作用下两种形式的复式钢管混凝土柱受力性能和破坏特征，较为精确地分析了极限承载力，得到了荷载一位移曲线，并通过计算结果与文献相关试验进行比较分析，结果吻合较好。从而验证了用ANSYS软件计算模型建立、网格划分和加载方法的合理性和正确性。通过ANSYS分析得出：(1)圆中空夹层复式钢管混凝土柱在达到极限荷载时，内外钢管已经达到屈服，外钢管由于两端约束的缘故而形成应力从两端向中间逐渐递减，外钢管应力两端呈对称分布。外钢管四周的夹层混凝土被压碎，

6、而内钢管四周的混凝土尚未被压碎，体现了内钢管的增强作用。试件中间凸出，变形较大。(2)方中空夹层复式钢管混凝土柱在极限荷载状态下，外部方钢管四个面应力分布相同，两端对称，端部应力由于约束的原因较中间部分大，中间部分由于混凝土压溃而使外部钢管受力不均匀。方中空夹层钢管混凝土柱的核心混凝土由于外钢管的约束使得四个角上应力最大，夹层混凝土在极限状态已经全部压碎，内外钢管均屈服。试件中间变形较大。钢管角部由于约束较强，相对其他部位较早达到钢材的极限强度。(3)两种截面形式计算得出的荷载一位移曲线中都体现了在极限荷载作用时，钢

7、管对试件总的承载力提高不是起主要作用，而是充分发挥了其对混凝土约束套箍的作用。关键词：统一强度理论；圆中空夹层；内圆外方；复式钢管混凝土：有限元分析BearingCapacityResearchonMultibarrelTube—ConfinedConcreteColumnsStudentname：GuoHongxiangSpecialty：StructuralEngineeringInstructor：Prof．ZhaoJunhaiABSTRACTTherecentyears，themultibarreltube．

8、confinedconcretecolumnsarcappliedattheroadsandthebridgesextensivelybecauseofgoodmechanicalperformance．TheMultibarreltube—confinedconcretecolumnshavesuperiorperformance．Ithas