方中空夹层不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

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中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构在拥有实心钢管混凝土(CFST)结构优点的基础上,还具备自重轻、抗弯刚度大和耐火性能好的特点。方中空夹层不锈钢管混凝土(SCFDST)短柱是为提高其耐腐蚀性,可将其外层的普通碳钢管用不锈钢代替。目前,国内外对CFDST短柱已有了比较系统的研究,但是在SCFDST短柱方面的研究仍处于初步阶段。为此,为了深入探讨SCFDST新型组合构件轴压承载力和性能。本文以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象,进行轴压试验,得到了试件在轴压下的破坏形式、荷载与轴向位移关系曲线,荷载-环向应变、轴向应变曲线。研究了不锈钢外管宽厚比和厚度,混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对SCFDST短柱极限承载力的影响。研究结果表明:SCFDST短柱在轴压作用下,其典型的破坏模式为局部向外屈曲破坏。SCFDST短柱的轴压极限承载能力随着不锈钢外管的厚度、混凝土强度、不锈钢方管的约束效应系数的增加而提高,随着宽厚比的减小而提高。为进一步研究各参数对SCFDST承载能力的影响,采用ABAQUS软件建立了SCFDST新型构件受压承载力分析的有限元模型。将数值模拟得到的破坏模式,峰值荷载、荷载-位移曲线图分别与试验得到的结果对比,结果表明本文建立的有限元模型具有较好的准确性。同时,对不同参数下组合构件的荷载位移曲线进行对比分析,得到不同参数下构件的极限承载力,进一步分析了倒角尺寸对组合构件承载能力的影响。研究发现,随着倒角尺寸增大,构件承载能力略微降低,并且,第一次峰值载荷后曲线的下降也随之降低,并随着半径的增加而减缓。同时,基于试验结果以及已有文献数据,结合不锈钢管混凝土短柱的承载力计算公式,由拟合公式推导SCFDST抗压承载力计算公式。与国内各个学者的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比。结果表明,本文得到的计算公式可以较好的预测SCFDST短柱轴压承载力。
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