方钢管约束型钢高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究与有限元分析

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本文从试验和有限元两个方面对方钢管约束型钢高强混凝土短柱轴压力学性能进行研究,设计并试验了10个方钢管约束型钢高强混凝土短柱,对试验构件进行破坏模式分析与荷载—位移曲线分析;然后通过验证有效有限元模型进行构件的扩充,通过有限元对构件进行应力分析和参数分析;通过验证前辈试验数据建立方形CFRP—钢管复合约束型钢高强混凝土有限元模型,然后以此模型为基础对构件进行应力分析与有限元参数分析;根据有限元分析结果,提出了方钢管约束型钢高强混凝土短柱的轴压承载力计算公式,并用自己与前辈试验数据对公式进行验证。具体研究内容如下:(1)以混凝土强度、钢管强度、钢管厚度及型钢形式为试验变量,对10根方钢管约束型钢高强混凝土短柱进行了轴压性能研究,并系统的考察了各试验因素对破坏模式、荷载-纵向位移曲线、荷载-应变曲线的影响,同时研究了构件各个组成部分相互作用方式,并分析了试验各变量对于构件延性的影响。(2)通过ABAQUS软件对方钢管约束型钢高强混凝土短柱的轴压性能进行了有限元模拟,基于试验结果,确定了本文使用的有限元模型的有效性,然后利用模型中的相关数据和应力云图对受压柱在整个加载过程中各部件应力的变化情况进行分析,进而开展了多种工况下的参数分析。详细讨论了钢管厚度、混凝土强度、钢管强度、型钢强度及配钢形式对构件全过程曲线和构件应力的影响。通过有限元参数分析结果,提出了适用于方钢管约束型钢高强混凝土短柱的轴压承载力计算公式,并验证良好。(3)利用前文验证有效的数值模型对CFRP-钢管复合约束型钢混凝土方形短柱的受力性能进行探究,通过对前辈论文中试验数据的验证,证明该模型的广泛适用性,然后对外钢管是否贯通、混凝土强度、钢管强度、CFRP层数等变量对构件受力性能的影响进行了探究。
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