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带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压基本力学性能研究

作　者: 马清华
导　师: 蔡健
学　校: 华南理工大学
专　业: 结构工程
关键词: L形钢管混凝土柱 约束拉杆 平均纵向应变 平均曲率 偏心受压 有限元 材料本构 数值分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


异形钢管混凝土柱的钢管对核心混凝土的约束作用主要集中在角部,在周边则依靠钢板的抗弯刚度来约束混凝土的外凸变形,整体约束效应小,故承载力及延性与圆形钢管混凝土柱相比要低很多。此外,钢管在纵向和横向的双向应力下,容易在钢管达到屈服前发生局部屈曲。针对以上缺点,钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。已有的研究表明,方形、矩形和L形钢管混凝土短柱在设置了约束拉杆后,能有效地改善钢管对核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在达到屈服强度前发生局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性有所提高。本文作为带约束拉杆钢管混凝土柱系列研究的一部分,在以往研究成果的基础上,对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱的基本力学性能展开研究,主要内容包括:(1)进行了九个L形钢管混凝土短柱的偏压试验,对试验现象和试验数据进行分析,研究该类型试件的受力变形机理和极限承载力、延性等力学性能,讨论了偏心率、偏心角度、拉杆水平距离等参数对其力学性能的影响。(2)应用通用有限元程序,对试验进行非线性的有限元模拟,与试验结果进行比较,进一步地明确了该类型构件的基本力学性能,通过对各材料的应力分布形态进行分析,得到微观上试件的应力变化规律,了解试件的局部力学性能。(3)编制数值程序,对试验进行数值模拟,并与试验结果进行比较,然后进行参数分析,在参数分析的基础上提出了带约束拉杆等肢L形钢管混凝土短柱在偏心受压下承载力的简化计算公式。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 钢管混凝土的特点及发展  12-15
  1.2 钢管混凝土的研究现状  15-17
  1.3 带约束拉杆异形钢管混凝土柱的研究现状  17-21
  1.4 本文研究的内容和目的  21-22
第二章 带约束拉杆的L 形钢管混凝土短柱的偏心受压试验研究  22-56
  2.1 概述  22
  2.2 试验方案  22-32
    2.2.1 试件的设计和制作  22-26
    2.2.2 材料的选用及其力学指标  26-28
    2.2.3 试验装置和加载方法  28-30
    2.2.4 量测内容和方法  30-32
  2.3 试验结果及其分析  32-54
    2.3.1 试验现象  32-35
    2.3.2 极限承载力  35-36
    2.3.3 平均纵向应变  36-40
    2.3.4 平均曲率  40-48
    2.3.5 钢板的纵向应变和横向应变  48-54
  2.4 本章小结  54-56
第三章 三维非线性有限元分析  56-71
  3.1 概述  56
  3.2 材料的本构模型  56-58
    3.2.1 钢材的本构模型  56-57
    3.2.2 混凝土的本构模型  57-58
    3.2.3 柱头和柱脚材料属性  58
  3.3 有限元模型  58-61
    3.3.1 单元选取及划分  59
    3.3.2 模型的接触定义  59-60
    3.3.3 边界条件与加载方式  60
    3.3.4 非线性方程组的求解方法采用Riks 方法（弧长法）  60-61
  3.4 有限元的模拟与分析  61-70
    3.4.1 极限荷载  61
    3.4.2 荷载-平均纵向应变  61-63
    3.4.3 弯矩-曲率曲线  63-64
    3.4.4 试件应力分布形态  64-70
  3.5 本章小结  70-71
第四章 带约束拉杆L 形钢管混凝土短柱偏压承载力计算  71-94
  4.1 概述  71
  4.2 带约束拉杆L 形钢管混凝土短柱数值分析方法  71-78
    4.2.1 数值分析的基本假定  71-72
    4.2.2 核心混凝土本构关系模型  72-77
    4.2.3 钢管本构关系模型  77-78
  4.3 带约束拉杆等肢L 形钢管混凝土柱数值分析与试验结果对比  78-79
  4.4 参数分析  79-84
    4.4.1 弯矩-荷载曲线  80-81
    4.4.2 弯矩-曲率全过程受力曲线  81-84
  4.5 带约束拉杆等肢L 形钢管短柱承载力计算  84-92
    4.5.1 带约束拉杆等肢L 形钢管混凝土短柱轴压承载力计算  84-86
    4.5.2 带约束拉杆等肢L 形钢管混凝土短柱单向偏压承载力计算  86-90
    4.5.3 带约束拉杆等肢L 形钢管混凝土短柱双向偏压承载力计算  90-92
  4.6 本章小结  92-94
结束语  94-96
参考文献  96-103
攻读硕士学位期间取得的研究成果  103-104
致谢  104

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
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