带肋薄壁方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

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薄壁钢管混凝土柱是在薄壁钢管柱中浇注混凝土而形成的组合构件,以其承载力高,施工方便和节约钢材等优点,近年来受到国内外学者的关注。但是当构件截面为方形或矩形时,薄壁钢管混凝土构件的力学性能受到管壁局部屈曲的影响,严重制约了其在工程中的应用。因此除了确定其合理的设计方法外,还需对提高其力学性能的构造措施进行研究。鉴于此,本文以设置加劲肋的薄壁方钢管混凝土短柱为研究对象,从试验和理论两方面对其力学性能进行了研究分析。  以钢管宽厚比、加劲肋高度和数量为主要参数,设计了6根无肋薄壁方钢管混凝土短柱和20根带肋薄壁方钢管混凝土短柱,研究其工作机理、破坏形态和各参数对其力学性能的影响规律。试验结果表明:设置纵向加劲肋不仅提高了薄壁方钢管混凝土柱的承载能力,而且还能在一定程度上使其局部屈曲得到减缓;增加肋高度提高了试件承载力并改善其延性。增加加劲肋的个数提高了管壁对混凝土的约束作用,改善了混凝土截面应力分布。  利用ABAQUS软件对试验构件进行了荷载-变形全过程模拟,分析了加劲肋在受力过程中对钢管与混凝土的应力分布、构件承载力以及试件破坏形态的影响规律,模拟结果与试验结果相一致,验证了本文建立的有限元模型的可靠性。  基于本文试验数据以及前人研究结果,综合考虑加劲肋对承载力的直接影响和对套箍系数的影响,提出了带肋薄壁方钢管混凝土短柱轴心受压作用下的承载力计算公式,并将计算结果与试验结果相比较,两者吻合较好,可为该类构件在后续研究及工程实践中提供参考。
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