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预压型钢混凝土柱受力性能分析

作　者: 佘俊
导　师: 陈浩军
学　校: 长沙理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 预压型钢混凝土柱轴力分配轴压比预压比有限元钢骨预压系数
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

型钢混凝土结构是钢筋混凝土中配置型钢的一种组合结构。因其承载力高,刚度大,抗震性能好等优点而得到了广泛应用。但由于型钢混凝土柱的轴力是按照钢骨和混凝土的抗压刚度来分配的,一旦确定了钢骨和混凝土的截面尺寸,轴力分配的比例也随之确定,这样往往使钢骨不能充分发挥作用,而混凝土的轴压比也不能大幅度降低。预压型钢混凝土柱就是充分利用组合结构的特点,通过两期施工,使型钢承担了尽量多的轴力,充分发挥钢骨的作用,减小外围混凝土的轴压比,从而使得外围混凝土受压区边缘的初始压应变相应减小,其达到极限压应变的过程得以延长,因而预压型钢混凝土柱具有良好的延性和抗震性能。本文采用ANSYS有限元软件建立了预压型钢混凝土柱实体模型,分析了在轴压比、预压比、含钢率等影响因素下型钢与混凝土在受力过程中的轴力分配,得到了在单调作用下的荷载-位移曲线,分析了各个因素对承载力和延性的影响。最后提出了预压型钢混凝土柱的设计方法,并分析了名义轴压比限值、钢骨预压系数的合理取值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 引言  10
  1.2 型钢混凝土结构的特点  10-11
  1.3 型钢混凝土结构的研究发展和应用状况  11-15
    1.3.1 日本型钢混凝土结构的研究发展状况  11-13
    1.3.2 欧美型钢混凝土结构的研究发展状况  13-14
    1.3.3 前苏联型钢混凝土结构的研究发展状况  14
    1.3.4 我国型钢混凝土结构的研究发展状况  14-15
  1.4 预压型钢混凝土柱的特点及研究应用现状  15-18
    1.4.1 预压型钢混凝土柱的特点  15-16
    1.4.2 预压型钢混凝土柱的抗震机理  16-17
    1.4.3 预压型钢混凝土柱的研究应用现状  17-18
  1.5 型钢混凝土结构有限元仿真研究现状  18-20
    1.5.1 国内对型钢混凝土结构的有限元仿真研究现状  18-19
    1.5.2 国外对型钢混凝土结构有限元仿真研究现状  19-20
  1.6 本文的研究目的和内容  20-21
    1.6.1 研究目的  20
    1.6.2 研究内容  20-21
第二章非线性有限元理论与数值计算理论模型  21-35
  2.1 引言  21-22
  2.2 有限单元法  22-24
  2.3 塑性理论  24-26
    2.3.1 屈服准则  24-25
    2.3.2 流动准则  25
    2.3.3 强化准则  25-26
  2.4 数值求解方法  26-27
  2.5 ANSYS 软件简介  27-28
  2.6 ANSYS 计算原理与方法  28-31
    2.6.1 混凝土的本构关系  28-30
    2.6.2 混凝土的破坏准则  30-31
    2.6.3 型钢和钢（箍）筋的本构关系及屈服准则  31
  2.7 ANSYS 非线性有限元解法  31-33
  2.8 本章小结  33-35
第三章预压型钢混凝土柱数值模拟过程及结果分析  35-55
  3.1 计算模型  35-42
    3.1.1 几何尺寸及计算简图  35
    3.1.2 单元类型  35-38
    3.1.3 材料本构关系  38-39
    3.1.4 建立模型  39-41
    3.1.5 加载制度与边界条件  41
    3.1.6 生死单元模拟两期荷载施加过程  41-42
    3.1.7 模型求解  42
  3.2 预压型钢混凝土柱计算结果及分析  42-48
    3.2.1 平截面假定验证  43
    3.2.2 裂缝开展过程及分布  43-44
    3.2.3 型钢与钢筋的应力状态  44-46
    3.2.4 型钢与钢筋的应变状态  46-48
    3.2.5 预压柱应力应变状态特点  48
  3.3 各参数对轴力分配的影响  48-52
    3.3.1 名义轴压比的影响  49-50
    3.3.2 预压比的影响  50
    3.3.3 含钢率的影响  50-51
    3.3.4 配箍率的影响  51-52
  3.4 各参数对承载力的影响  52-54
    3.4.1 名义轴压比的影响  52
    3.4.2 预压比的影响  52-53
    3.4.3 型钢含钢率的影响  53-54
    3.4.4 配箍率的影响  54
  3.5 本章小结  54-55
第四章预压型钢混凝土柱设计  55-64
  4.1 钢骨预压系数研究  55-56
  4.2 预压型钢混凝土柱轴压比限值研究  56-61
    4.2.1 预压型钢混凝土柱名义轴压比限值理论推导  56-59
    4.2.2 算例  59-61
  4.3 预压型钢混凝土柱的设计  61-62
    4.3.1 截面尺寸的初步设计  61-62
    4.3.2 极限承载力的设计方法  62
  4.4 本章小结  62-64
结论与展望  64-66
  结论  64
  后续研究工作的展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录（攻读学位期间发表论文目录）  71

预压型钢混凝土柱受力性能分析

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