设肋圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱受力性能及破坏机理研究

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所谓薄壁钢管混凝土柱是指横截面径厚比D/t或宽厚比B/t大于对应受压构件中空钢管局部稳定限值1.5倍,在房屋建筑中特别是高层建筑结构中,底层柱的截面尺寸一般较大,其横截面径厚比D/t或宽厚比B/t属于薄壁钢管混凝土的定义范畴,而在实际工程中发现这类薄壁钢管混凝土柱在荷载作用下,其管壁容易发生局部屈曲。目前为了防止管壁过早的发生局部屈曲的措施主要有设置加劲肋、约束拉杆以及角部隅撑,这些主要是针对矩形薄壁钢管混凝土柱,而对于圆形薄壁钢管混凝土柱研究相对较少,有研究表明在圆钢管外壁设置环箍可延缓管壁的局部屈曲,提高混凝土柱的极限承载力。本文针对圆形薄壁钢管混凝土柱在轴压下产生局部屈曲的问题,提出在钢管的内壁设置直肋、孔肋以及螺旋肋的结构形式,通过试验对设置加劲肋和不设肋的圆形薄壁钢管混凝土柱的变形能力和受力性能进行了研究,主要包括以下几个方面:
  对普通圆钢管混凝土柱、直肋圆钢管混凝土柱、开孔直肋圆钢管混凝土柱和内螺旋圆钢管混凝土柱进行轴压试验、观察试验现象、分析试件的破坏模式和破坏机理;通过试验得到的荷载—变形曲线分析各个试件在轴向压力作用下钢管纵向变形与轴力的关系;研究这些形式的加劲肋对圆形薄壁钢管混凝土柱的极限承载力、延性等力学性能指标的影响,为理论研究提供依据。
  利用ABAQUS有限元分析软件建立了普通和设置直肋、开孔直肋以及螺旋肋圆钢管混凝土柱的有限元模型,并将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的正确性,对试件的参数分析奠定了基础。
  在验证过的有限元模型的基础上,对设置螺旋肋圆形薄壁钢管混凝土柱进行参数分析,主要研究圆钢管的径厚比、螺旋肋的宽厚比以及螺距等参数对其力学性能的影响。
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