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常用金属管混凝土柱力学性能的试验和理论研究

作　者: 宫永丽
导　师: 查晓雄
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 土木工程
关键词: 常用金属管混凝土轴压有限元组合强度稳定系数
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

钢管混凝土是将混凝土填充到钢管中而形成一种新的组合结构,具有承载力高、塑性韧性好、施工方便等特点,已经广泛的应用到我国的建筑工程中。钢管混凝土具有诸多的优点,同时也具有一定的缺点。随着工程中高层建筑以及大跨度结构的发展,普通钢材难以满足工程需求,并且钢材易受腐蚀作用的影响,带来了大量的后期维护工作,增加了财力和物力的损耗,所以我们有必要采用新型材料来代替普通钢材,以弥补其缺点。目前对普通钢管混凝土的研究已经非常深入,国内外也逐渐开始了常用金属管混凝土的研究,但主要集中在常用金属管混凝土短柱的力学性能的研究,局限在与普通钢管混凝土的设计公式的比较,很少涉及有从理论上提出常用金属管混凝土的设计公式,并且对常用金属管混凝土长柱的研究也是寥寥无几,制约了其应用。针对上述状况,本文的工作及成果如下:1)首先对常用金属管混凝土短柱进行了轴压试验,观察其破坏模态,并进行了试验结果分析。对常用金属管混凝土中的钢材和混凝土也进行了材料性能测试的试验,得到了钢管的强度、弹性模量和泊松比及混凝土的抗压强度。2)利用ABAQUS有限元软件建立了常用金属管混凝土的模型进行模拟,模拟结果与试验结果对比吻合良好,证明了模型的正确性和可行性,确定了常用金属管混凝土在有限元建模中的本构关系和正确的参数。3)验证了普通钢管混凝土设计公式对高强钢管混凝土和不锈钢管混凝土的适用性。在本课题组余敏博士的钢管混凝土组合强度弹性阶段的解析解基础上,通过弹塑性理论推导得到了铝合金管混凝土的组合强度设计公式。并将公式与钟善桐老师的承载力计算公式进行了统一。并与试验结果和有限元结果进行对比,验证了公式的正确性。在这部分工作的基础上,分别给出了常用高强钢管混凝土、不锈钢管混凝土和铝合金管混凝土的强度指标表。4)分析了常用金属管混凝土长柱的力学性能,根据国外研究学者对高强钢材初始缺陷的分析,推导了高强钢管混凝土稳定系数的计算公式。分析了不锈钢的截面类型选择了合适的初始缺陷系数。根据《铝合金结构设计规范》中铝合金的初始缺陷系数计算了铝合金管混凝土的稳定系数。并通过有限元模拟验证了公式的正确性。同样的也给出了工程中常用的稳定系数表。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-16
    1.1.1 钢管混凝土介绍  11-12
    1.1.2 高强钢、不锈钢和铝合金简介  12-15
    1.1.3 常用金属管混凝土结构的特点  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-17
    1.2.1 高强钢管混凝土的研究现状  16
    1.2.2 不锈钢管混凝土的研究现状  16-17
    1.2.3 铝合金管混凝土的研究现状  17
  1.3 课题的目的和意义  17-18
  1.4 本文的主要研究内容  18-20
第2章常用金属管混凝土轴压短柱试验研究  20-38
  2.1 引言  20
  2.2 钢材和混凝土的材料性能试验  20-30
    2.2.1 试验设计  20-21
    2.2.2 试验过程  21-22
    2.2.3 试验结果  22-30
  2.3 常用金属管混凝土短柱的轴压试验  30-37
    2.3.1 试件及试验条件  30-31
    2.3.2 常用金属管混凝土柱的轴压试验现象  31-34
    2.3.3 试验结果分析  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章常用金属管混凝土柱有限元分析  38-44
  3.1 引言  38
  3.2 材料定义  38-41
    3.2.1 混凝土的本构关系  38-39
    3.2.2 钢材的本构关系  39-41
  3.3 有限元模型的建立  41-42
    3.3.1 几何模型  41-42
    3.3.2 加载方式及边界条件  42
  3.4 有限元模拟与试验结果对比  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章钢管混凝土轴压短柱性能的理论研究  44-62
  4.1 引言  44
  4.2 普通钢管混凝土的工作性能和设计公式  44-46
  4.3 高强钢管混凝土轴压短柱强度设计公式  46-51
    4.3.1 计算公式  46-47
    4.3.2 试验和有限元验证  47-48
    4.3.3 高强钢管混凝土柱强度指标表  48-51
  4.4 不锈钢管混凝土轴压短柱强度设计公式  51-55
    4.4.1 计算公式  51
    4.4.2 试验和有限元验证  51-53
    4.4.3 不锈钢管混凝土柱强度指标表  53-55
  4.5 铝合金管混凝土轴压短柱强度设计公式  55-60
    4.5.1 公式推导  55-58
    4.5.2 试验和有限元验证  58-60
    4.5.3 铝合金管混凝土柱强度指标表  60
  4.6 本章小结  60-62
第5章常用金属管混凝土轴压长柱性能和有限元分析  62-75
  5.1 引言  62
  5.2 有限元分析  62-63
    5.2.1 有限元模型的建立  62-63
    5.2.2 计算结果对比  63
  5.3 基本理论  63-65
  5.4 高强钢管混凝土的稳定问题  65-68
    5.4.1 高强钢管混凝土柱的特点  65-66
    5.4.2 有限元验证  66-67
    5.4.3 高强钢管混凝土稳定系数采用表  67-68
  5.5 不锈钢管混凝土的稳定问题  68-71
    5.5.1 不锈钢管混凝土柱的特点  68-69
    5.5.2 有限元验证  69-70
    5.5.3 不锈钢管混凝土柱稳定系数采用表  70-71
  5.6 铝合金管混凝土的稳定问题  71-74
    5.6.1 铝合金管混凝土柱的特点  71-72
    5.6.2 有限元验证  72-73
    5.6.3 铝合金管混凝土柱稳定系数采用表  73-74
  5.7 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-82
致谢  82

常用金属管混凝土柱力学性能的试验和理论研究

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