多腔波形钢板组合构件的弯曲刚度及承载性能研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huanyingchangmaoshou
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近几十年来,钢-混凝土组合结构因其优越的力学性能和便捷的施工方式而被广泛地应用于我国各领域的工程建设中。为进一步兼顾钢-混凝土组合结构的力学性能、施工效率和经济效益,本课题组在双钢板-混凝土组合结构和多腔钢板-混凝土组合结构的基础上提出了一种新型组合结构形式,名为多腔波形钢板组合(MC-CFST)构件。该新型组合构件由波形腔和钢管混凝土柱交替连接组成。其中,波形腔由两块对称放置的波形钢板和内填混凝土构成,波形钢板通过焊接与两侧钢管相连接从而形成构件整体。波形钢板的设置有效增强了构件的弯曲性能,使其具有作为受弯构件应用在高层建筑、地下管廊、城市隧道等项目中的潜力和前景。本文针对多腔波形钢板组合构件弯曲刚度和弯曲承载性能开展了试验研究、数值模拟和理论分析,具体研究工作和内容如下:(1)对8个多腔波形钢板组合试件开展受弯试验,详细地记录了该种新型组合构件的试验现象和破坏失效模式。通过对试件的荷载-横向应变曲线和荷载-挠度曲线进行分析对比,研究了构件的变形过程和受力机理,论述了波形钢板与钢管之间焊缝质量对构件保持有效承载的重要性,并根据试验结果探讨了构件端柱宽度、端柱钢管厚度和波形钢板厚度对多腔波形钢板组合构件弯曲刚度和弯曲承载力的影响。(2)采用有限元软件ABAQUS建立了多腔波形钢板组合构件精细化的有限元模型,并根据试验结果验证了有限元模型的有效性。同时,基于对有限元数值模拟结果的分析,深入考察了构件整体及构件每部分的变形和受力状态,从而进一步研究了多腔波形钢板组合构件每个组成部分所发挥的作用。此外,通过有限元参数分析在在更大的参数范围内探究了波形钢板厚度、波形钢板宽度、钢管混凝土柱中钢管厚度以及钢管混凝土柱宽度对于构件初始弯曲刚度、极限弯曲承载力以及受力情况的影响。(3)在试验和数值研究基础上,对多腔波形钢板组合构件的弯曲性能开展理论分析。一方面研究了构件受弯时的变形情况,确定了波形腔截面的复合抗弯刚度,推导出了初始弯曲刚度理论公式;另一方面研究了构件的整体受力情况,确定了构件控制截面所在位置,给出了极限弯曲承载力理论公式。最后,根据试验结果和有限元算例验证了理论公式的精准性,为该组合构件的工程设计与应用提供了技术参考和设计依据,还为后续开展多腔波形钢板组合墙在四边简支条件下的整体稳定性研究提供了理论基础。
其他文献
膨润土常作为一种重要的屏障材料,广泛应用于固体废弃物堆填场。堆填场渗滤液及部分地区地下水中存在高盐物质,在浓度差的作用下高浓度的电解质溶液会向膨润土屏障内部逐渐侵蚀,造成其渗透性、压缩性的变化,这些工程特性是屏障材料及地基土设计施工时的重要特性,因此有必要对电解质孔隙溶液在高膨润土含量土体的化学-力学特性中所起的作用进行系统性的认识。目前国内外主要通过直接对受污染土进行测试来研究电解质孔隙溶液对黏
学位
海洋基础结构(桩基、锚、管道等)是实现海洋能源、空间等开发利用的关键设施。海洋基础结构在施工与服役期间,与海床土体之间的相互作用很大程度上取决于土体-结构界面处阻力的发挥特征。特别地,对于桩基与锚基础的安装与上拔阻力,以及管道的铺设牵引阻力,软土与钢界面的剪切阻力是其重要组成部分。为了减小软土-钢界面的剪切阻力,本文通过电解水的方式,在软土-钢界面生成微气泡,改变界面构成部分,从而达到减阻效果。本
学位
大量铁路、公路、机场、临港工业基地、码头物流中心等重要基础设施分布在软土地区,尤其随着“一带一路”倡议及全球产业链重分布,建设项目量大面广,需满足可靠、高效、低碳、环保等要求。针对排水板真空预压联合管桩加固软土地基工法的不足,如施工周期长、沉桩引起的挤土效应显著、桩周土孔压消散缓慢等。本文基于课题组发明专利提出适用于软土地基的开孔管桩真空固结技术,结合了刚性排水桩和真空排水固结法的优势,基本原理是
学位
圆角弧边三角形截面高层建筑与普通三角形建筑相比,具有更优越的平面效果和气动性能,在实际工程中有着较为广泛的应用。为取得更佳的建筑与结构竖向效果,对超高层建筑还常使用立面退台或渐进收缩的方式。然而在强风作用下,这些立面改变方式对建筑风荷载及结构风致响应的影响如何,目前并不十分清晰和明确。鉴此,本文以圆角弧边三角形截面高层建筑为对象,研究不同退台及立面收缩方式对其风致响应及风压分布特性的影响效应。本文
学位
淡水资源短缺是当今世界面临的一个重要问题,并且随着人口数量增长,人类生产生活方式的变化,淡水资源短缺问题日渐严峻。太阳能界面水蒸发,作为一种利用清洁能源获取淡水的技术,成为解决淡水资源短缺问题的可行性方案。因此,通过对太阳能界面蒸发材料进行合理设计和性能改善,实现高效太阳能水蒸发,是一项有意义的研究课题。本文以Pickering乳液凝胶模板法制备的多孔材料为基础,通过亲水改性和表面修饰,研制了一种
学位
伴随国家“交通强国”战略实施,我国正大力兴建交通基础设施。快捷、方便、高效、节能的交通体系,在满足我国新时代发展交通运输需求的同时,也将为我国实现“碳达峰”、“碳中和”战略发挥重要作用。持久耐用、就地取材的粗颗粒土是路基建造过程中被广泛采用的材料之一,当前对交通荷载、温度变化、盐分侵入等因素作用下路基性能劣化机理尚无清晰认识,路基过大变形、失稳等灾害频发。颗粒材料因颗粒沉积排列方式不同而呈现各向异
学位
随着我国城镇化率的逐步提升,各类工程施工过程中的副产品——建筑垃圾也随之增多,不少城市正面临或即将面临“建筑垃圾围城”的困扰,对此,党和国家高度重视,强调研发建筑垃圾资源化利用新途径、提高整体资源化利用率是摆脱困境的关键。工程泥浆作为产量最大的建筑垃圾之一,因含水率高、处理难度大,相关资源化利用研究及应用相对较少,外运填埋依然是其主要处置方式,因其不可持续性造成了大量的资源浪费,也产生了一定的安全
学位
天然气水合物作为一种新兴能源,具有大储量、高能效和低污染等优点。我国南海天然气水合物资源储量巨大,进行可持续开发和利用可望有效缓解能源短缺问题。水合物开采往往诱发海床坍塌和开采设施工程灾变,研究水合物分解过程中储层沉积物变形机理,优化降压开采技术方案提高产气效率,对于支撑天然气水合物安全高效开采、保证能源可持续发展具有重要意义。本文首先进行水合物降压开采超重力实验装置的研发和优化调试,然后开展系列
学位
沿海地区广泛分布着海相饱和淤泥质软黏土,在长期循环荷载作用下易发生沉降,引起上部结构破坏,造成巨大的经济损失。控制软黏土地基沉降是工程中亟待解决的关键问题。明确软土在动载作用下的变形特性和微观机理对软土地基在长期循环荷载作用下的沉降控制具有重要意义,因此,需要进行系统的基本理论研究。本文以杭州海相饱和原状软黏土为研究对象,围绕微观结构参数与累积塑性应变的相互关系开展了宏微观试验研究,主要研究工作及
学位
随着我国国民经济的高速发展和综合国力的提高,土木工程领域不断创造出越来越多具有大面域屋面的建筑结构,此类结构汇水面积大,当积水荷载过载时,将对屋面结构的安全性造成影响,同时屋面积水也会引起结构室内的渗漏,影响建筑的使用功能。因此,本文针对大面域屋面,研发了一套无线水位监测系统并应用于北京大兴国际机场航站楼屋面。主要研究成果如下:(1)针对大面域屋面水位监测测点多,面域大和供电困难等特点,设计了一套
学位