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带肋钢管混凝土构件的受力机理研究

作　者: 程彦君
导　师: 王海军；魏华
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 加强肋钢管混凝土构件受力机理有限元分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢管混凝土构件因钢管的套箍作用,使得其组合结构具有优越的承载能力、塑性、延性和抗震性等力学性能,已广泛应用到实际工程中。但在重复荷载和强震作用下,钢管可能产生鼓曲失稳破坏,混凝土可能产生剪切或脆性破坏,作为改善措施,在钢管上增设加强肋,于是产生了带肋钢管混凝土构件。目前为止,学者对带肋方型和矩形钢管混凝土构件的研究较多,而对带肋圆型钢管混凝土构件受力机理的研究甚少,因此开展对带肋圆钢管混凝土构受力机理的研究是很有必要的。本文通过有限元ABAQUS软件对环向带肋钢管混凝土柱梁的受力机理进行了数值分析。计算结果与试验结果基本吻合。轴压构件研究表明:(1)带肋钢管混凝土构件的极限承载能力、延性和抗震性能较强,带加强肋构件比无肋构件承载能力提高幅度较大;(2)加强肋的数量对构件的力学性能的影响不显著,但带加强肋构件比无加强肋构件的承载能力较高;(3)提高混凝土强度对构件的极限承载能力影响很大,提高的幅度较明显;(4)钢管厚度对构件极限承载能力的影响较大,径厚比越小,其承载能力越高,破坏模态越不明显;(5)由钢管和核心混凝土的纵横向应力场分析可知,在钢管上增设加强肋能有效的改善核心混凝土的受力状态,使得两种不同材料的性能得以充分发挥,减少了钢管的局部鼓曲,加强肋有效地约束了混凝土的横向膨胀。纯弯构件研究表明:(1)带肋构件的极限承载力没有无肋构件的极限承载力优越,峰值后延性较弱;(2)增加钢管的厚度可有效地提高构件的抗弯性能,提高幅度较大;(3)增加混凝土的强度对构件受弯性能提高不明显,幅度提高较小;(4)由核心混凝土的横向和纵向应力场分析可知,在钢管上增设加强肋,增强了混凝土的弱抗拉性和高脆性,使得混凝土在肋槽处提前开裂,降低了构件的极限承载力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 引言  11-12
  1.2 钢管混凝土结构的研究与应用  12-16
    1.2.1 钢管混凝土的特点  12-14
    1.2.2 国内外钢管混凝土的发展  14-15
    1.2.3 国内外钢管混凝土结构的研究现状  15-16
  1.3 带肋钢管混凝土结构的研究  16-17
    1.3.1 带肋钢管混凝土的特点  16
    1.3.2 带肋钢管混凝土的研究现状  16-17
  1.4 研究的目的、方法、意义和主要内容  17-18
    1.4.1 课题研究的目的、方法  17
    1.4.2 课题研究的意义  17-18
    1.4.3 课题研究的内容  18
  1.5 本章小结  18-19
第二章材料本构关系和带肋柱构件极限承载能力计算  19-33
  2.1 钢材和混凝土的本构关系  19-29
    2.1.1 钢管和混凝土本构关系理论与研究现状  19-20
    2.1.2 钢材的本构关系  20-23
    2.1.3 混凝土的本构关系  23-29
  2.2 钢管混凝土构件承载能力计算  29-32
    2.2.1 钢管混凝土柱承载能力受力特性  29
    2.2.2 钢管混凝土轴心受压柱承载能力指标  29-31
    2.2.3 带肋钢管混凝土柱轴心受压极限承载能力计算表达式  31-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章带肋钢管混凝土轴压短柱有限元分析  33-53
  3.1 有限单元法概述  33-34
  3.2 ABAQUS软件简介  34-35
  3.3 带肋钢管混凝土轴压短柱试验概况简介  35-37
    3.3.1 试验模型构造  35-36
    3.3.2 试验材料特性  36
    3.3.3 试验加载方法和测试  36-37
  3.4 轴压圆钢管混凝土柱的有限元模型  37-41
    3.4.1 材料的本构关系模型  37
    3.4.2 模型的建立、单元类型的选取和网格划分  37-38
    3.4.3 界面的模拟  38-40
    3.4.4 边界条件与加载方式  40-41
  3.5 轴压柱受力机理分析  41-51
    3.5.1 荷载-位移骨架曲线分析  41-42
    3.5.2 应力-应变骨架曲线分析  42-43
    3.5.3 破坏模态对比分析  43-45
    3.5.4 核心混凝土的纵向应力分析  45-47
    3.5.5 带肋钢管的纵向应力分析  47-48
    3.5.6 横向应力云图分析  48-50
    3.5.7 主应力矢量分析  50-51
    3.5.8 轴压构件极限承载能力对比分析  51
  3.6 本章小结  51-53
第四章带肋钢管混凝土纯弯梁有限元分析  53-71
  4.1 钢管混凝土纯弯梁基本概况  53
  4.2 带肋钢管混凝土纯弯梁试验概况简介  53-55
    4.2.1 构件构造  53-54
    4.2.2 材料特性  54
    4.2.3 试验加载制度和测试项目  54-55
  4.3 圆钢管混凝土梁纯弯有限元模型的建立  55-58
    4.3.1 材料的本构关系  55
    4.3.2 模型的建立、单元类型的选取和网格划分  55-56
    4.3.3 界面模型  56-57
    4.3.4 边界条件与加载方式  57-58
  4.4 纯弯梁受力机理分析  58-69
    4.4.1 荷载-位移骨架曲线分析  58-59
    4.4.2 典型构件的弯矩和曲率骨架曲线分析  59-60
    4.4.3 各梁构件的破坏模态分析  60-64
    4.4.4 纯弯梁构件核心混凝土横向应力分析  64-65
    4.4.5 梁构件核心混凝土纵向应力分析  65-67
    4.4.6 主应力矢量分析  67-69
    4.4.7 纯弯梁构件极限承载能力对比分析  69
  4.5 本章小结  69-71
第五章结论与展望  71-74
  5.1 结论  71-72
  5.2 展望  72-74
参考文献  74-77
附录A 带肋钢管混凝土构件近几年研究成果汇总  77-84
在学研究成果  84-85
致谢  85

带肋钢管混凝土构件的受力机理研究

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