钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的力学性能

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钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件,由于其承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好和经济效果好等特点,近年来在国内外受到了较为广泛的关注,是发展前景广阔的一种结构形式。实际工程中,钢管混凝土偏压柱是最常见的一种构件,对钢管混凝土偏压柱进行研究具有实际工程意义。钢管混凝土偏压柱通常是指等端弯矩偏压柱,其顶端和底端的荷载偏心距相同,柱端所受弯矩也相同。而当钢管混凝土偏压柱顶端和底端的荷载偏心距不同时,柱端所受弯矩将不同,即为不等端弯矩偏压柱。  本文从试验和理论两方面较深入地研究了圆钢管混凝土和方、矩形钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的力学性能,以钢管混凝土等端弯矩偏压柱承载力计算公式为基础,提出了圆形、方形和矩形钢管混凝土柱不等端弯矩偏心受压作用下承载力计算公式中的等效弯矩系数,具体进行了以下几个方面的工作:  1.总结了目前国内外相关试验和理论研究成果,确定了本文研究钢管混凝土柱不等端弯矩偏压力学性能的理论方法和试验方案。  2.以端弯矩比β=M1/M2(M1和M2分别为柱端的弯矩,取|M2|≥|M1|),荷载偏心率e2/r(e2为荷载偏心距,r=D/2或B/2)和方钢管混凝土构件的长细比λ(λ=L/i,i为截面回转半径)为主要变化参数,进行了6个圆钢管混凝土构件,12个方钢管混凝土构件和6个矩形钢管混凝土构件的不等端弯矩偏心受压试验研究,详细分析了试验现象与数据。  3.采用有限元软件ABAQUS建模并进行钢管混凝土不等端弯矩偏压构件的受力全过程模拟。考虑了焊接残余应力对方、矩形钢管混凝土偏心受压构件的影响,将试验结果与计算结果进行了比较,验证了计算模型的可靠性。  4.从构件的变形情况、荷载-变形全过程曲线、受力过程中钢管和核心混凝土截面纵向应变分布规律、钢管与核心混凝土之间的相互作用和残余应力对构件的影响、不等端弯矩对构件承载力与延性的影响等方面对不等端弯矩和等端偏压构件进行了对比分析,从而揭示了钢管混凝土柱不等端弯矩偏心受压的工作机理。  5.在大量参数分析的基础上,分别提出了圆形和方、矩形钢管混凝土柱不等端弯矩偏心受压作用下的承载力计算公式中的等效弯矩系数,其中考虑了焊接残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好,可为有关工程实践提供参考。
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