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矩形钢管混凝土具有承载力高、延性好、抗震性能佳等优点。与圆形钢管混凝土柱相比,矩形钢管混凝土柱更具备钢管制作方便、容易符合建筑平面要求等优势,故日益在实际工程中广泛应用。然而矩形钢管混凝土柱较圆形钢管混凝土柱更易发生局部屈曲,严重影响矩形钢管混凝土柱的受力性能。因此,矩形钢管混凝土柱的局部屈曲特性在矩形钢管混凝土柱力学性能及设计方法研究中具有举足轻重的地位。本文基于能量变分法,针对矩形钢管混凝土柱局部屈曲模型若干关键问题进行了研究,主要的研究工作和成果如下:(1)假设矩形钢管混凝土柱的钢板加载端为固定约束、非加载端为弹性可转动约束,提出了能考虑钢板水平应力影响的普通矩形钢管混凝土柱弹性和弹塑性局部屈曲模型。通过现有相关试验数据对所提模型的正确性进行验证,表明所提模型的计算结果与试验结果吻合较好,优于先前文献的模型。此外,所提模型还可用于研究与刚性介质接触、承受复杂应力的钢板弹性及弹塑性局部屈曲性能。(2)利用本文所提出的能考虑钢板水平应力影响的普通矩形钢管混凝土柱局部屈曲模型,研究了钢板宽厚比b/t、钢板上的水平拉应力(即钢板水平拉应力与轴向压应力的相关系数β)以及弹性约束因子χ等参数对矩形钢管混凝土柱钢板局部屈曲性能的影响。研究表明,随钢板宽厚比b/t减小或钢板上水平拉应力增大或弹性约束因子χ的增大,钢板局部屈曲应力增大;反之,钢板局部屈曲应力减小。研究还表明,钢板宽厚比b/t对矩形钢管混凝土柱钢板局部屈曲性能影响最显著,钢板上的水平拉应力的影响次之,而弹性约束因子χ的影响最弱。(3)提出了全新的带约束拉杆矩形钢管混凝土柱弹性和弹塑性局部屈曲模型。与现有模型相比,所提模型可同时考虑约束拉杆纵向间距、约束拉杆水平间距、约束拉杆直径等参数对矩形钢管混凝土柱钢板局部屈曲性能的影响。通过现有试验数据对所提模型进行验证,表明所提模型比已有模型更为合理。应用所提模型对带约束拉杆矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能进行了研究。研究表明,约束拉杆的纵向间距对带约束拉杆矩形钢管混凝土柱钢板局部屈曲应力的影响最为显著,约束拉杆的水平间距的影响次之,而矩形钢管的长宽比(D/B)的影响最弱。(4)基于所提模型,给出了普通方形钢管混凝土轴压柱采用不同型号的结构钢的钢板宽厚比限值,供工程设计参考。