【摘 要】
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钢管混凝土结构具有施工便利、受力性能良好等优势被广泛应用于大跨、高层建筑中。近年来,建筑业发展更加注重绿色节能、低碳环保、与自然和谐共生的基本要求。而混凝土的生产伴随着二氧化碳的产生,对环境造成污染。因此寻找一种经济环保的材料替代部分混凝土符合可持续发展的趋势。木材作为一种可再生的建筑材料,具有自重轻、强度高且易于加工的优点,其研究与应用已成为国内外学者关注的热点。为降低混凝土用量、减轻结构自重,
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钢管混凝土结构具有施工便利、受力性能良好等优势被广泛应用于大跨、高层建筑中。近年来,建筑业发展更加注重绿色节能、低碳环保、与自然和谐共生的基本要求。而混凝土的生产伴随着二氧化碳的产生,对环境造成污染。因此寻找一种经济环保的材料替代部分混凝土符合可持续发展的趋势。木材作为一种可再生的建筑材料,具有自重轻、强度高且易于加工的优点,其研究与应用已成为国内外学者关注的热点。为降低混凝土用量、减轻结构自重,将强度高、自重轻的木材内置于钢管混凝土柱中,形成新型方钢管-木-混凝土组合柱。本文采用有限元软件ABAQUS建立方钢管-木-混凝土中长柱精细化模型,基于典型构件,分析其破坏机理及不同参数变化对构件轴压力学性能的影响规律。本文在建立方钢管-木-混凝土中长柱精细化计算模型的基础上,分析了典型构件受力全过程中截面荷载-侧向挠度曲线、方钢管-木-混凝土中长柱各成分分担荷载情况以及不同受力阶段侧向挠度变化关系、研究了全过程中钢管与混凝土之间、混凝土与木材之间的接触应力随侧向挠度发展的关系。分析了钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、长细比、木材配置率和木材截面形式对方钢管-木-混凝土中长柱承载力、初始刚度及延性的影响。通过大量的有限元模型计算得出方钢管-木-混凝土中长柱弹性失稳与弹塑性失稳的界限长细比。最后提出了方钢管-木-混凝土中长柱稳定承载力计算公式。研究结果表明:方钢管-木-混凝土中长柱受力全过程曲线可定义为三个受力阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段;构件达到极限承载力时,木材仍处于弹性段,木材主要发挥作用阶段为下降阶段;木材在受力全过程中,分担荷载始终保持上升趋势,从8%持续提高至13%,具有良好承载能力;木材与钢管混凝土具有良好的协同工作能力,木材主要在下降阶段发挥作用,延缓了构件的变形;钢管与混凝土、混凝土与木材之间的最大接触应力主要集中在受拉侧角部;构件承载力随钢材强度增加而显著提升,混凝土强度对承载力无显著影响;随着长细比的增大,构件破坏模态由轴压破坏逐渐转变为压弯破坏;基于本文截面形式,木材最佳配置率为28.4%,延性是同尺寸钢管混凝土柱的1.42倍,木材可显著提高组合柱的延性,减轻结构自重;对比内置圆木芯的组合柱,内置方木芯的钢管混凝土组合柱性能更优越。基于钢管混凝土统一理论与稳定理论,提出了方钢管-木-混凝土中长柱稳定承载力计算公式。
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