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方钢管混凝土结构除了具有强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外,还具有节点形式简单、建筑布局灵活、截面惯性矩大、稳定性能好、施工方便、易采用防火措施等优点,因而目前它在高层结构中的应用越来越广泛。但目前对方钢管混凝土柱的研究还存在着诸多问题,试验结果不统一,有限元模型简单等。本文采用在钢管和混凝土之间加入粘接单元的方法,更接近方钢管混凝土柱的实际受力情况。 本文采用有限元程序ANSYS 8.0对所建立的16个方钢管混凝土柱试件进行了非线性有限元模拟,根据计算结果,考虑轴压比、钢管壁厚度、混凝土强度、柱长细比、钢材强度对方钢管混凝土柱受力性能的影响,对方钢管混凝土柱在柱常轴力和水平荷载作用下的承载力、变形特点、钢管的Mises应力分布和在钢管测点和路径上的Mises应力、混凝土开裂情况、混凝土轴向应力等进行了较深入分析研究,得出了以下结论:钢管壁厚度和柱长细比是方钢管混凝土柱设计的主要影响因素。从经济适用的角度来看,钢管壁厚度可加厚,但不宜太厚,太厚会使钢管底部应力集中严重,同时还要满足规范要求。混凝土强度不需提高太大,它对柱承载力影响较小,同时还会加大工程造价,造成浪费,也给施工造成不便。长细比可适当减小,柱长细比越大,柱承载力越低。钢管强度不需提高太大,它对柱承载力影响较小,太大会造成浪费,同时给施工带来不便。因此要采用适当的壁厚、适当的钢材强度、合理的柱长细比、合理的混凝土标号,把柱的轴压比控制在0.5以内为佳,以满足工程的需要。在方钢管混凝土柱的底部和柱底角部存在应力集中现象,应力集中区域大约在柱高1/3范围内,因此对方钢管混凝土柱的底部应加大刚度,柱底角部应加强施焊。混凝土压碎破坏发生在柱底部,在管内混凝土的施工过程中,要保证混凝土柱底浇注密实,确保工程质量。 本文的研究结论对今后方钢管混凝土柱的设计和施工具有一定的指导意义。