【摘 要】
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随着造型新颖且功能多样的高层和超高层建筑增多,普通钢管混凝土构件已经很难满足一些建筑的使用要求,这就需要承重构件在重载条件下不但应具备更高承载力而且应该有较好的延性。内配型钢钢管混凝土构件特殊的施工工艺使钢管和型钢成为混凝土浇筑时模板及组合楼板的竖向支撑,这些施工阶段组合楼板、施工设备和人员的自重等外荷载最终导致钢构件中产生施工初荷载。这种由于施工期间外荷载引起的,钢管或型钢中会一直存在的初始应力
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:51768038):基于全生命周期的内配型钢钢管混凝土构件徐变工作机理研究; 甘肃省高等学校协同创新团队项目(2018C-08):钢与混凝土组合结构混合结构综合防灾与应用;
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随着造型新颖且功能多样的高层和超高层建筑增多,普通钢管混凝土构件已经很难满足一些建筑的使用要求,这就需要承重构件在重载条件下不但应具备更高承载力而且应该有较好的延性。内配型钢钢管混凝土构件特殊的施工工艺使钢管和型钢成为混凝土浇筑时模板及组合楼板的竖向支撑,这些施工阶段组合楼板、施工设备和人员的自重等外荷载最终导致钢构件中产生施工初荷载。这种由于施工期间外荷载引起的,钢管或型钢中会一直存在的初始应力,对内配型钢钢管混凝土柱后期的受力性能将产生一定的影响。近年来,对于施工初应力作用的钢管混凝土构件力学性能研究颇多,但施工初应力作用下内配型钢钢管混凝土构件力学性能研究甚少。据此,本文就考虑外钢管施工初应力的轴压短构件开展了试验研究,并采用有限元软件ABAQUS对施工初应力作用于外钢管和同时施加到外钢管、型钢时组合构件的轴压、压弯力学性能进行数值研究分析,主要包括以下内容:(1)施工荷载作用下内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的试验研究完成了4个考虑外钢管施工初应力与否的内配工字型钢圆钢管混凝土轴心受压试验,对试件的受力和变形过程、承载能力、延性进行了详细研究,比较并分析了各轴压试件荷载-纵向变形曲线以及跨中各测点应变的变化规律,概括施工初应力系数β对轴压组合柱力学性能的影响。(2)施工荷载作用下内配型钢钢管混凝土轴压短柱力学性能数值分析利用ABAQUS有限元软件,分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并通过本文的轴压试验结果及其他学者的相关试验数据对建模方法进行验证。计算两类施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力,及其各部件的应力发展和分布状态。(3)施工荷载作用下内配型钢钢管混凝土压弯构件力学性能数值分析本章基于相关学者已完成的内配型钢钢管混凝土压弯构件试验和考虑钢管施工初应力的钢管混凝土压弯构件试验,通过ABAQUS建立考虑外钢管施工初应力、同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字型钢圆钢管混凝土压弯构件数值模型,并对建模方法的有效性进行验证。分析两类施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土压弯构件的荷载-变形全过程曲线及受力机理;探究钢管、型钢、混凝土的应力状态;分析混凝土与钢管、型钢的相互作用;探究施工初应力系数和荷载偏心率对压弯构件力学性能的影响规律。(4)最后对施工初应力系数、荷载偏心率、构件长细比、钢管含钢率、型钢含钢率、钢管屈服强度、型钢屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析并计算承载力影响系数的值。
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