考虑初应力的正多边形截面钢管混凝土柱轴压极限承载力统一解

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钢管混凝土柱是一种较常见的组合结构,具有构造简单、施工方便、便于养护、经济适用性良好等优点,在国内外工程中得到了广泛应用。在钢管混凝土柱的施工过程中,会产生由钢管自重、施工设备、未凝固的混凝土自重等引起的初应力。研究表明,钢管初应力对钢管混凝土结构的承载力有一定影响。本文采用双剪统一强度理论,考虑钢管初应力、中间主应力及材料拉压比的影响,对方钢管混凝土短柱的受力机理进行分析,将核心混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,引入长细比折减系数,建立考虑初应力的方钢管混凝土柱轴压极限承载力的统一解。采用双剪统一强度理论,推导出正八边形截面钢管混凝土柱轴压极限承载力。引入考虑正多边形钢管混凝土柱的边数变量,得出正多边形截面钢管混凝土柱轴压极限承载力统一解的通式。通过与文献中试验结果或数值模拟结果进行比对,验证了公式的正确性。依据文献中所用模拟数据和依据工程实际拟定的试件数据,利用有限元分析软件ANSYS建立不同初应力度的方形截面、正八边形截面和正六边形截面钢管混凝土柱的模型,进行非线性有限元分析。分析结果与公式计算结果对比,相互验证正确性,在此基础上针对各参数的影响特性进行讨论。研究结果表明:使用双剪屈服准则进行计算可以更明显地反映钢管初应力对钢管混凝土柱轴压极限承载力的影响;钢管初应力降低钢管混凝土柱轴压极限承载力。考虑初应力的钢管混凝土柱的极限承载力随侧压系数、统一强度理论参数、长细比稳定系数等的增大而增大,随初应力、广义宽厚比等的增大而减小。研究成果对考虑初应力的正多边形截面钢管混凝土柱的研究有一定的工程意义,也为从事钢管混凝土结构的设计施工人员提供一定的理论依据。
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