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圆端形钢管混凝土塔柱钢管与混凝土相互作用研究

作　者: 李彬
导　师: 卢哲安
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 圆端形钢管混凝土相互作用应力测试试验有限元接触分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
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内容摘要

钢管混凝土结构利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对核心混凝土的约束作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度,塑性和韧性性能也大为改善。同时,由于核心混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,从而可以保证其材料性能的充分发挥。目前,国内外关于钢管混凝土的应用和研究以圆形截面、方形截面和多边形截面为主。武汉市黄陂区后湖大桥主塔采用圆端形钢管混凝土双肢塔柱,塔柱结构形式新颖,应用较少,国内外关于其受力性能的研究以及相关的文献报道也不多见。本文依托后湖大桥主塔圆端形钢管混凝土双肢塔柱数值模拟与应力监测技术项目,参考大量文献,对塔柱在施工阶段的受力性能和钢管与混凝土相互作用性能进行了应力监测试验、有限元静力分析和有限元接触分析,所做的具体工作包括:1.根据以往的文献资料和分析成果,认识了钢管与混凝土相互作用的原理、钢管混凝土的界面状态、钢管混凝土粘结强度的定义以及影响钢管与混凝土之间粘结强度的主要因素,探讨了研究钢管与混凝土相互作用性能的方法,阐述了研究钢管与混凝土相互作用的意义。2.介绍后湖大桥圆端形钢管混凝土双肢塔柱应力监测试验,并对试验数据进行分析,初步反映了塔柱在施工阶段的受力性能。暂不考虑钢管与混凝土的相互作用,将钢管与混凝土作为组合材料,以共节点的方法建立ANSYS有限元模型,对塔柱在不同施工工况下的受力性能进行了有限元静力分析。3.考虑钢管与混凝土的相互作用,对圆端形钢管混凝土双肢塔柱进行ANSYS有限元接触分析。根据接触分析原理,对钢管和混凝土两种材料,选择正确的接触方式,选取恰当的单元,并定义相应的实常数、本构关系和关键字,对塔柱进行了不同施工工况下钢管与混凝土相互作用的分析。本文接触分析采用的方法计算收敛快,计算结果与应力测试结果一致。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章概述  9-21
  1.1 钢管混凝土结构的特点  9
  1.2 钢管混凝土结构在国内外的发展和应用  9-12
    1.2.1 钢管混凝土发展概况  9-12
    1.2.2 圆端形钢管混凝土结构的应用和发展  12
  1.3 钢管混凝土相互作用简述  12-16
    1.3.1 引言  12-13
    1.3.2 钢管混凝土相互作用性能的基本概念  13-14
    1.3.3 钢管混凝土套箍性能  14
    1.3.4 钢管混凝土相互作用的研究方法  14-16
  1.4 钢管混凝土相互作用(协同作用)的研究意义  16-18
  1.5 本文的工程背景及主要研究内容  18-21
    1.5.1 本文的工程背景  18-20
    1.5.2 本文的主要研究内容  20-21
第2章钢管混凝土粘结滑移性能基本理论  21-31
  2.1 钢管混凝土的界面状态  21-22
  2.2 钢管混凝土界面粘结滑移的发展过程  22-23
  2.3 钢管混凝土粘结强度的定义  23-26
    2.3.1 钢管外表面的应变沿长度的分布  23-25
    2.3.2 粘结强度的定义  25-26
  2.4 影响钢管与混凝土之间粘结强度的主要因素  26-29
    2.4.1 截面形状对粘结强度的影响  26-27
    2.4.2 混凝土强度对粘结强度的影响  27-28
    2.4.3 混凝土养护条件和龄期对粘结强度的影响  28-29
    2.4.4 混凝土浇筑方式对粘结强度的影响  29
    2.4.5 偏心矩和轴压比粘结强度的影响  29
  2.5 钢管混凝土粘结强度的计算公式  29-31
第3章圆端形钢管混凝土双肢塔柱应力监测试验及有限元静力分析  31-53
  3.1 应力监测试验  31-34
    3.1.1 应力监测试验简介  31
    3.1.2 振弦式应变计工作原理  31-32
    3.1.3 后湖大桥圆端形钢管混凝土双肢塔柱应力监测方案  32-34
  3.2 应力监测试验钢管与混凝土相互作用结果分析  34-38
    3.2.1 第1至第14工况应力监测数据  34-37
    3.2.2 应力监测试验数据分析  37-38
  3.3 有限元分析  38-47
    3.3.1 有限元法介绍  38-39
    3.3.2 有限元分析计算假定  39
    3.3.3 单元类型  39-41
    3.3.4 实常数取值  41
    3.3.5 材料性质及本构关系  41-44
    3.3.6 边界条件  44-45
    3.3.7 计算工况  45
    3.3.8 计算模型  45-47
  3.4 有限元模拟结果分析  47-52
    3.4.1 计算结果  47-49
    3.4.2 计算应力变化曲线  49
    3.4.3 应力云图  49-52
  3.5 应力监测试验与有限元分析结果对比  52-53
第4章圆端形钢管混凝土双肢塔柱钢管-混凝土相互作用有限元接触分析  53-69
  4.1 接触分析介绍  53-55
    4.1.1 接触问题的分类  53
    4.1.2 接触分析的类型  53-54
    4.1.3 接触分析的步骤  54
    4.1.4 接触分析理论模型  54-55
  4.2 接触分析有限元模型  55-60
    4.2.1 单元类型  55-56
    4.2.2 实常数取值  56-57
    4.2.3 接触分析模型材料性质及本构关系  57
    4.2.4 接触分析有限元建模过程  57-60
  4.3 接触分析计算数据  60-62
  4.4 接触分析结果与试验结果对比  62-69
    4.4.1 钢管混凝土塔柱区底部截面实测-计算对比曲线  62-63
    4.4.2 钢管混凝土塔柱区中部截面实测-计算对比曲线  63-64
    4.4.3 钢管-混凝土相互作用分析  64-69
第5章结论  69-70
参考文献  70-72
作者在攻读硕士学位期间发表和完成的论文  72-73
致谢  73

圆端形钢管混凝土塔柱钢管与混凝土相互作用研究

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