【摘 要】
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树形钢管混凝土柱具有造型美观、能明显减小结构跨度、减小构件截面尺寸、承载力高等优势,在大跨、大空间结构中具有广泛应用前景。本文为推动其应用,以某景观桥项目的树形钢管混凝土柱为研究对象,开展了树形柱足尺轴压、悬臂偏压试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其受力性能进行了补充分析,并对其“树干”的花瓣形钢管混凝土柱的轴压性能进行了研究,主要的研究内容和结论如下:为树形柱足尺轴压、悬臂偏压试验设计和制作
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树形钢管混凝土柱具有造型美观、能明显减小结构跨度、减小构件截面尺寸、承载力高等优势,在大跨、大空间结构中具有广泛应用前景。本文为推动其应用,以某景观桥项目的树形钢管混凝土柱为研究对象,开展了树形柱足尺轴压、悬臂偏压试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其受力性能进行了补充分析,并对其“树干”的花瓣形钢管混凝土柱的轴压性能进行了研究,主要的研究内容和结论如下:为树形柱足尺轴压、悬臂偏压试验设计和制作了大型反力加载系统。树形柱足尺轴压试验施加的最大荷载为设计轴压荷载的3.015倍,树形柱仍保持弹性。树形柱足尺悬臂偏压试验施加的最大荷载为5 578.7kN,对应树形柱柱底最大弯矩为5 578.7kN·m。悬臂树形柱试件在偏压荷载下破坏模式为一级分枝根部产生塑性铰。有限元分析表明,树形柱轴压工况下破坏模式为角部二级分枝和一二级分枝节点破坏;悬臂偏压工况下破坏模式为一级分枝根部产生塑性铰。一二级分枝节点产生的局部塑性变形降低了树形柱的轴压、偏压承载能力;角部二级分枝是树形柱的薄弱环节,增加角部二级分枝刚度对提升树形柱承载力的效果明显。分析了钢材强度、混凝土填充范围以及侧向力作用等参数对树形柱受力性能的影响,混凝土填充至角部二级分枝时能明显提高其承载力。对花瓣形钢管混凝土短柱轴压性能进行了有限元研究,研究了有无十字肋、十字肋厚度、混凝土强度、钢材强度、截面对称系数等参数对其轴压性能的影响;分析了十字肋开孔对花瓣柱轴压性能的影响,并提出了关于十字肋面积开孔率的轴压承载力降低系数计算公式;分析了钢管壁与十字肋厚度的匹配关系。将本文的花瓣形钢管混凝土柱计算结果和简单叠加承载力计算公式、规范公式计算值进行了对比,提出了适合于花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式,并根据本文计算结果,提出了花瓣形钢管混凝土柱的名义径厚比取值设计建议。
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