钢管混凝土和钢筋混凝土力学性能研究.pdf

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1、钢管混凝土和钢筋混凝土力学性能研究ResearchonMechanicalBehaviorofConcrete-filledSteelTubularandReinforcedConcreteStructures一级学科：土木工程学科专业：结构工程研究生：杜闯指导教师：王铁成教授天津大学建筑工程学院二零一一年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

2、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要钢管混凝土结构是一种新型的结构体系，由于它具有较好的抗震性能，目前越来越多的应用于高层、超高层、大跨度等结构中。但对于钢管混凝土这种新的结

3、构体系，无论是从试验上还是理论上来说，研究的都比较少。相对而言，传统的钢筋混凝土经过国内外许多学者多年的研究工作，其发展的理论已经比较成熟。本文从这一想法出发，以钢筋混凝土为参照，将钢管混凝土与之进行比较来研究钢管混凝土的力学性能。本文所做的研究工作主要有以下几个部分：对ANSYS非线性有限元模拟中的一些问题，主要是结合钢管混凝土和钢筋混凝土非线性计算中涉及到的关键问题，包括：材料本构模型、单元、ANSYS有限元非线性计算原理、ANSYS建模以及实际有限元应用中应该注意的问题做了总结。比较了同等条件下的钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱轴压受力性能。对国内外轴压下的钢管混凝土柱和钢

4、筋混凝土柱的规范设计公式进行了对比，分析了不同规范计算公式的特点。类比螺旋配箍钢筋混凝土柱受压计算公式的基础上，根据方钢管混凝土柱的约束特点，将核心混凝土分为强约束区和弱约束区，提出了一种新的计算方钢管混凝土柱轴压承载力的公式，并和试验结果进行了对比。比较相同条件下钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱偏压受力性能，包括破坏形态、受力机理、变形以及承载力。采用参数化方法分析了偏心率和长细比对钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱力学性能的影响规律。比较了钢管混凝土柱和钢筋混凝土压弯时的设计公式，分析了钢管混凝土设计公式和钢筋混凝土设计公式的不同特点。类比钢筋混凝土柱压弯计算公式，采用大小偏心的概念

5、建立了钢管混凝土柱压弯承载力计算公式。建立了钢管混凝土柱在低周往复荷载下的有限元模型，并通过试验验证了有限元模型的可靠性。在此基础上，对同等条件下的钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱进行了低周往复荷载有限元模拟，对比分析了包括破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、耗能能力、强度退化和刚度退化等力学性能。选取天津波，对钢管混凝土框架和钢筋混凝土框架进行了动力时程分析，比较了动力特性、位移和加速度等动力响应。分析的结果表明，钢管混凝土框架柱在多遇地震下，其优势并不明显，但在罕遇地震时，其抗震性能明显优于钢筋混凝土框架。关键词：钢管混凝土；钢筋混凝土；承载力；延性；滞回曲线ABST

6、RACTAsanewstructuralsystem,concrete-filledsteeltubular(CFST)structureismoreandmoreusedinhigh-rise,superhigh-rise,largespanstructuresbecauseithasbetterseismicperformance.ButforthenewstructuralsystemofCFST,researchesarequiteafewbothinthetheoryandintheexperiment.Relativelyspeaking,thetraditio

7、nalreinforcedconcrete(RC)structuralsystemhasbeenstudiedbymanyscholarsathomeandabroadformanyyears,itsdevelopmentofthetheoryismoremature.Startingfromthisidea,thispapertakesreinforcedconcreteasthereferencetocarryonthecomparativestudyonthemechanicalpropertiesofthe