復式鋼管混凝土柱承載力研究.pdf

1、由于復式鋼管混凝土具有良好的力學性能，施工方便、安全，近年來，在土木工程、公路橋梁等領域的應用越來越廣泛。為了加固現存的鋼管混凝土柱，避免在尺度較大的柱中采用管壁厚度較大的鋼管(因厚度板材供應和加工制作比較困難)，采用由多重鋼管組成的復式鋼管混凝土柱將是發(fā)展的方向。目前復式鋼管混凝土結構的主要截面形式為內圓外圓和內圓外方兩種。圓形截面的復式鋼管混凝土結構因為圓鋼管對核心混凝土均勻的“約束”而具有良好的性能。方形截面復式鋼管混凝土由于形式

2、簡單而節(jié)點處理相對較容易。本文主要對內圓外圓和內圓外方截面的復式鋼管混凝土柱的承載力進行研究，并將理論分析結果同文獻的試驗結果相比較，取得了較好的研究成果。 首先，運用俞茂宏統(tǒng)一強度理論對內圓外圓和內圓外方截面形式的復式鋼管混凝土軸壓和偏壓柱進行了理論分析，得出了復式鋼管混凝土柱承載力公式的統(tǒng)一解，分析了影響統(tǒng)一解的各種因素，將計算結果與文獻進行對比吻合較好，從而驗證了理論公式的正確性和可行性。(1)通過本文的計算結果可以看出采

3、用統(tǒng)一強度理論計算的理論結果與文獻資料結果誤差較小，說明俞茂宏統(tǒng)一理論對于復式鋼管混凝土的計算合理，且對內圓外方復式鋼管混凝土柱將方形截面轉換為圓形截面是可行的。(2)在本文研究的復式鋼管混凝土承載力計算公式中影響其承載力的主要因素是材料的拉壓比和中間切應力，以及混凝土的內摩擦角。承載力隨著鋼材的拉壓強度比的增大而增大；混凝土的內摩擦角增大，相應的系數k值增大，復式鋼管混凝土的承載力也相應增大；承載力還隨著材料破壞影響程度系數b值的增大

4、而增大。(3)在內圓外方實心鋼管混凝土截面尺寸保持不變的情況下，圓鋼管的屈服強度、壁厚、管徑及圓鋼管本身的承載力是影響復式鋼管混凝土承載力的主要因素。當圓鋼管的管徑及屈服強度一定時，復式鋼管混凝土的承載力隨著圓鋼管厚度的增加而提高；當圓鋼管的屈服強度和厚度一定時，內圓外方實心鋼管混凝土的承載力隨著管徑的增大而提高。 其次，在總結前人研究的基礎上，利用大型有限元軟件ANSYS8.0，對鋼材采用VonMises屈服條件和等向強化本構

5、關系，對混凝土采用William-Warnke五參數破壞準則和彈塑性本構關系，首次采用三維實體單元對圓中空夾層和方中空夾層復式鋼管混凝土柱進行了三維模擬，分析了在軸壓作用下兩種形式的復式鋼管混凝土柱受力性能和破壞特征，較為精確地分析了極限承載力，得到了荷載一位移曲線，并通過計算結果與文獻相關試驗進行比較分析，結果吻合較好。從而驗證了用ANSYS軟件計算模型建立、網格劃分和加載方法的合理性和正確性。通過ANSYS分析得出：(1)圓中空夾層

6、復式鋼管混凝土柱在達到極限荷載時，內外鋼管已經達到屈服，外鋼管由于兩端約束的緣故而形成應力從兩端向中間逐漸遞減，外鋼管應力兩端呈對稱分布。外鋼管四周的夾層混凝土被壓碎，而內鋼管四周的混凝土尚未被壓碎，體現了內鋼管的增強作用。試件中間凸出，變形較大。(2)方中空夾層復式鋼管混凝土柱在極限荷載狀態(tài)下，外部方鋼管四個面應力分布相同，兩端對稱，端部應力由于約束的原因較中間部分大，中間部分由于混凝土壓潰而使外部鋼管受力不均勻。方中空夾層鋼管混凝土