学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

方钢管混凝土结构粘结滑移基本性能研究

作　者: 仵建斌
导　师: 赵鸿铁
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 粘结滑移方钢管混凝土构件本构关系粘结强度力学性能推出试验加载方式传力长度 ANSYS分析
分类号: TU398.9
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 141次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

方钢管混凝土结构因钢管混凝土特有的优势而迅速发展并广泛应用起来。随着应用的增长,其结构内部钢管与混凝土界面间的粘结滑移基本性能越来越引起工程界的关注,并成为工程应用领域进一步发展难以逾越的难题之一。本文通过轴心推出试验（Push-out Test）及具有代表性的轴心受压构件试验的理论分析,主要研究了方钢管混凝土构件粘结滑移机理及其基本性能。本文对14根方钢管混凝土构件,其中包括9根推出试件,3个不同形式节点推出试件及2根不同传力形式的轴压试件进行了试验,通过外贴电阻应变片对钢管表面在各级荷载下纵向应变进行测定,分析得到钢管混凝土在界面抗剪粘结性破坏过程中的应变分布规律;运用改进型“内置式滑移传感器”,对结构内部粘结滑移量的分布规律进行了追踪测试,得到了构件荷载滑移曲线及其特征;通过对粘结应力与内部滑移之间的变化关系的分析得到了界面抗剪破坏粘结性发展规律。基于未确知数学方法,对推出试件平均粘结强度进行了分析计算。在对试验细致观察的基础上,分析了钢管的屈曲模态和粘结滑移机理,更全面地阐述了钢管混凝土界面抗剪粘结性能。整理分析了9个方钢管混凝土推出构件的荷载-加载端滑移曲线及其规律,对其初始、极限和稳定残余三个受力阶段进行了试验归纳,并对影响其性能的四个主要影响变量与三个特征粘结强度的对应关系进行了统计研究。在考虑多因素的前提下,得到了两套方钢管混凝土粘结强度统计回归公式,并依此对试验结果进行了误差估计及评估分析。类比分析了国内相关试验研究及成果,应用本文建立的粘结强度回归公式对已有试验数据进行了测算和对比研究。根据试件端部实测得到的荷载滑移数据,给出了平均粘结强度-加载端滑移的数学关系。分析统计了钢管应变的试验量测结果,根据力的平衡基本原理推导,以图表的方式展现了推出试验中内部应力随荷载的变化规律,分析了其随荷载大小及沿锚固长度方向上的分布变化。依据电子滑移传感器的量测结果,分析了不同荷载等级作用下界面滑移沿钢管锚固方向的分布规律,由此对试验量测的特征值进行了统计回归。根据试验的粘结应力和内部滑移测量记录结果,得出各截面的局部粘结应力-滑移量沿锚固方向上的关系曲线,建立了考虑x-y向位置函数F（x）和G（x）的局部粘结滑移本构模型τ（x）=S{C₁ ,..., C_i ,...C n,F（x）,G（x）}来阐明粘结滑移本构关系的一般规律。采用极限平衡法对方钢管混凝土构件的极限承载力进行了数学推导,提出了简单实用的计算公式,与已有试验类比分析,理论值与实测值吻合良好。对于方钢管混凝土,通过极限承载力分析计算,建议核心混凝土侧压力提高系数可取2.67。对推出试件、节点推出试件以及不同受力方式轴压试件在不同荷载阶段剪切粘结作用下钢管内力分配情况的分析和总结,分别得到了各级荷载作用下混凝土相对内力与相对长度方向的分布规律、钢管及核心混凝土内力消长规律,并通过统计回归分析,得到了推出试件混凝土内力在其传力长度方向随外荷载增加的轴力公式。此公式的运用可以得到各级荷载下沿传力长度方向不同位置的内力分配情况。通过极限平衡的方法得到了钢管混凝土推出临界传递长度值LsLcs r/ B`对构件传力长度及其限值进行了探讨性研究,建议取距上下柱端各750mm和2.5B两值中小者为传力长度限值。提出了考虑临界锚固长度以及采用扎制变形型钢等其他一些粘结锚固设计建议。结合钢管混凝土粘结滑移性能分析,对构件抗剪连接件进行了探讨性设计,并给出了相应的计算公式,以此作为实际工程设计的参考。运用ANSYS模拟分析方法对推出试验和两根轴压柱进行了研究,并与试验结果进行了对比验证,结果表明有限元计算结果和试验结果吻合较好。在分析研究粘结滑移基本性能基础上,建立了考虑粘结滑移的和不考虑粘结滑移的轴心受压方钢管混凝土的有限元模型,进行了计算及对比分析,探讨了粘结滑移结果以及不同加载方式对方钢管混凝土构件力学性能的影响。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
1 绪论  14-38
  1.1 概述  14
  1.2 方钢管混凝土结构的特点  14-16
  1.3 方钢管混凝土结构的发展和应用  16-18
  1.4 钢管混凝土粘结滑移的基本概念  18-21
  1.5 方钢管混凝土粘结滑移的研究现状和意义  21-25
    1.5.1 方钢管混凝土粘结滑移的研究现状  22-23
    1.5.2 钢管混凝土粘结滑移的研究意义  23-25
  1.6 钢管混凝土结构粘结滑移基本问题  25-30
    1.6.1 构件粘结计算理论  26-27
    1.6.2 内部剪力的传递与重分布  27-28
    1.6.3 粘结滑移本构关系有限元分析模型  28-29
    1.6.4 粘结锚固作用  29-30
  1.7 本文的主要研究内容  30
  参考文献  30-38
2 试验设计与分析  38-70
  2.1 试验方法  38
  2.2 粘结应力的测试方法  38-40
    2.2.1 粘结滑移基本方程  38-39
    2.2.2 粘结应力的测试方法  39-40
  2.3 内置式电子滑移传感器改进  40-41
  2.4 试验方案  41-49
    2.4.1 试验目的  41-42
    2.4.2 试件的设计与制作  42-44
    2.4.3 试验测点布置  44-46
    2.4.4 试验加载方案  46-49
  2.5 试验分析  49-59
    2.5.1 试验过程  49-52
    2.5.2 试验P- S 曲线及其特征  52-57
    2.5.3 主要破坏形态  57-59
  2.6 方钢管应变和内部滑移测试结果  59-65
    2.6.1 方钢管应变测试结果  59-61
    2.6.2 滑移测量结果  61-65
  2.7 界面接触状态  65-67
    2.7.1 界面粘结状况的基本分析  65-66
    2.7.2 圆、方钢管混凝土界面的粘结状态  66-67
  2.8 本章小结  67-68
  参考文献  68-70
3 粘结机理分析和强度研究  70-94
  3.1 粘结滑移机理分析  70-71
  3.2 P- S_l 曲线的特征点  71-72
  3.3 影响粘结强度的因素  72-81
    3.3.1 钢管的宽厚比和长细比  74-75
    3.3.2 混凝土强度  75-76
    3.3.3 界面长度和套箍系数  76-77
    3.3.4 混凝土养护条件和龄期  77
    3.3.5 钢管表面粗糙程度及钢管内径的不规则变化  77-78
    3.3.6 钢管混凝土的受力状态  78-79
    3.3.7 不同的加载方式  79-80
    3.3.8 节点构造形式  80
    3.3.9 混凝土的收缩、膨胀性及养护条件  80-81
    3.3.10 混凝土浇筑方式  81
  3.4 特征强度值的统计回归  81-87
    3.4.1 初始粘结强度  81
    3.4.2 极限粘结强度  81-82
    3.4.3 残余粘结强度  82
    3.4.4 计算结果与试验结果对比分析  82-87
  3.5 粘结强度未确知数学计算公式及其应用  87-91
  3.6 本章小结  91
  参考文献  91-94
4 粘结滑移本构关系研究  94-118
  4.1 平均粘结强度和加载端滑移的(τ|-)S_ l 本构关系  94-98
    4.1.1 特征滑移值的统计回归  94-95
    4.1.2 (τ|-)S_ l 本构模型的描述  95-98
  4.2 方钢管混凝土粘结应力的研究  98-106
    4.2.1 荷载上升段局部平均粘结应力  98-105
    4.2.2 荷载下降段局部平均粘结应力  105-106
  4.3 滑移的研究  106-110
  4.4 粘结滑移本构关系的研究  110-116
    4.4.1 不同锚固处的τ- S 曲线  110-113
    4.4.2 基准曲线τ-S _l  113
    4.4.3 位置函数F(x)和G(x)的确定  113-115
    4.4.4 考虑位置变化的本构关系  115-116
  4.5 本章小结  116-117
  参考文献  117-118
5 方钢管混凝土构件界面剪切粘结性能分析  118-144
  5.1 剪切粘结作用下内力重分配  118-135
    5.1.1 推出试件  123-132
    5.1.2 节点推出试件  132-134
    5.1.3 不同受力方式轴压试件  134-135
  5.2 传力长度及其限值的探讨  135-140
  5.3 基于粘结滑移性能的抗剪连接件的设计计算  140-142
  5.4 本章小结  142-143
  参考文献  143-144
6 钢管混凝土柱力学性能分析  144-162
  6.1 方钢管混凝土柱的力学研究  144-151
    6.1.1 方钢管混凝土柱的力学探讨  144-147
    6.1.2 有限元计算结果及分析  147-151
  6.2 钢管先受力构件的受力性能研究  151-155
  6.3 混凝土受力的方钢管约束混凝土受力性能研究  155-159
    6.3.1 极限承载能力计算  155-159
  6.4 本章小结  159-160
  参考文献  160-162
7 钢管混凝土界面抗剪粘结性能有限元分析  162-174
  7.1 钢管混凝土界面抗剪粘结性能的有限元模型的建立  162-168
    7.1.1 粘结滑移本构关系  162-164
    7.1.2 有限元模型的建立  164-168
  7.2 推出试验有限元分析计算结果  168-171
  7.3 本章小结  171-172
  参考文献  172-174
8 结论与设计建议  174-180
  8.1 主要结论和创新点  174-176
  8.2 主要设计建议  176-178
  8.3 存在不足以及解决思路  178-180
致谢  180-182
附录  182-183
  攻读博士研究生期间主要发表论文  182-183
  硕博期间研究方向中的重要项目  183
  主要获奖情况  183

方钢管混凝土结构粘结滑移基本性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文