椭圆形钢管混凝土的试验研究及有限元分析

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钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,简称CFST)是一种在钢管中填充混凝土形成的复合构件。钢管混凝土具有承载力高、抗震性能好、制作方便、防火性能好、经济效益好等许多优点,因此近年来在土木工程中的应用越来越广泛。目前,钢管混凝土截面形式主要是圆形、正方形、矩形,椭圆钢管混凝土的研究和应用相对较少。椭圆形截面不仅能满足需要的建筑美学,而且提供了与截面强轴和弱轴有关的结构优势。因此,研究椭圆钢管混凝土性能具有非常重要的意义。本文主要包括实验研究和有限元分析方面。在查阅了大量国内外文献和实地调研的基础上,结合“理论的正交试验设计”,设计了不同混凝土强度、钢管强度、钢管厚度、长细比等的钢管混凝土试件,通过轴心和偏心受压两种加载方式测试其承载能力,并利用ABAQUS有限元分析软件进行建模和分析(有限元分析增加了摩擦系数,分析影响钢管混凝土承载应力分布),并探讨各种因素变化对性能的影响。本文主要研究内容及结论如下:(1)简要论述了钢管混凝土的基本理论和力学性能以及极限分析方法。(2)设计了不同参数(混凝土强度、钢材强度、钢管厚度、钢管混凝土高度)的钢管混凝土试件进行轴心受压试验,来研究该类构件才不同参数下的受力性能。(3)设计了不同参数(混凝土强度、钢材强度、钢管厚度、偏心率、钢管混凝土高度)的钢管混凝土试件进行偏心受压试验,来研究该类构件才不同参数下的受力性能。(4)通过ABAQUS有限元分析软件对钢管混凝土轴心受压柱进行模拟分析,研究不同参数对钢管混凝土承载力的影响,并与实验结果进行对比分析。(5)通过ABAQUS有限元分析软件对钢管混凝土偏心受压柱进行模拟分析,研究不同参数对钢管混凝土承载力的影响,并与实验结果进行对比分析。通过分析,本文得出有限元分析结果基本与试验结果一致:钢管混凝土偏压承载力远小于其轴压承载力;钢管混凝土的强度随着摩擦系数、混凝土强度、钢材强度、钢管厚度的增加而增加,随着钢管混凝土的高度、偏心距的增加而减小;在以上几种因素中,钢材强度和钢管厚度、偏心距对钢管混凝土的承载能力影响较明显,其余因素影响相对较弱。
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