圆钢管约束的钢管混凝土短柱基本力学性能研究

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本文针对圆钢管约束的钢管混凝土短柱构件轴压基本力学性能进行了系统的试验研究和有限元分析。国内外已对钢管混凝土构件和钢管约束混凝土构件进行了系统的研究,并针对其不足提出了众多的改进形式。圆钢管约束的钢管混凝土构件作为一种新型构件形式,由核心钢管混凝土、夹层材料和外层钢管共同组成,在保留钢管混凝土构件与钢管约束混凝土构件优点的同时也弥补了其中的劣势。本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,研究了圆钢管约束的钢管混凝土短柱构件的力学性能,为进一步研究提供理论基础。本文共进行了17组34个试件的短柱轴心受压试验,构件形式包括普通钢管混凝土柱、钢管钢筋混凝土柱、钢管型钢混凝土柱、普通钢管约束混凝土柱、钢管约束钢筋混凝土柱、钢管约束型钢混凝土柱和钢管约束的钢管混凝土新型组合柱。对比分析了7种试件在相同含钢率下轴压承载力、破坏模式、荷载-位移关系曲线上的差异;对比分析了相同含钢率下圆钢管约束的钢管混凝土试件不同内、外管含钢率比例对试件受力性能的影响;通过内部钢管、外套钢管的应变试验结果,分析加载过程中内外层钢管的应力状态和相互作用。通过ABAQUS有限元程序建立了圆钢管约束的钢管混凝土轴压短柱的理论分析模型,选取了适用于圆钢管约束的钢管混凝土轴压构件的本构关系模型和钢、混凝土界面关系模型,计算得到了构件的荷载(N)-变形(ε)关系曲线;验证了有限元建模方法的正确性和分析结果的可靠性;基于所建立的有限元理论分析模型进行典型构件分析,对构件在不同端部加强条件下的应力变化规律、变形发展过程和内、外层钢管与核心混凝土相互作用机理进行了分析,对圆钢管约束的钢管混凝土构件组成各部分沿高度方向随荷载变化的应力变化规律进行了研究;通过单因素参数分析探究了参数变化对构件基本力学性能的影响,并根据有限元结果回归得到了构件基本力学性能指标公式。建立了钢管混凝土和圆钢管约束的钢管混凝土截面强度模型,得到构件荷载-变形关系曲线及应力-应变关系曲线;基于构件荷载-变形关系曲线斜率变化规律对构件进行典型阶段划分,分析了圆钢管约束的钢管混凝土在不同阶段的力学性能,深入地分析了外套圆钢管对钢管混凝土的影响;进行了系统的参数分析,分析了参数变化对截面强度模型各部分应力的影响规律。
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