钢骨混凝土组合结构已大量运用于大跨度、超高度、载重大的各种重大工程及关系国计民生的生命线工程中。而目前对于内配钢管的钢骨混凝土核心柱仍处于初步研究阶段,其相对于普通钢骨混凝土组合结构、钢管混凝土结构和钢结构所表现出优良的常温及火灾(下)后力学性能更是研究甚少,因此极大的限制了该种结构的推广和应用。 为此,本文在总结了核心柱相关试验资料的基础上,通过采用非线性有限元方法建立相应的理论分析模型,详细的研究了影响内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱常温及火灾后受力机理和影响因素。本文的工作主要包括以下几个方面内容: (1)采用合理的混凝土和钢材应力—应变本构模型,通过非线性有限元程序着重分析了影响核心柱常温下轴压性能的各种参数,包括:纵筋配筋率、箍筋配箍特征值、混凝土强度等级、钢骨屈服强度、截面含骨率、位置系数等;并对每个参数提出了合理使用范围。 (2)提出了简化估核心柱内配圆钢管尺寸的具体方法和公式。经过与实际工程对比表明,建立在合理参数范围和简化公式基础上的钢管尺寸估算方法具有足够的精确性,可直接应用于工程。 (3)在系统总结国内外关于混凝土和钢材热工参数的基础上,通过有限元方法计算了核心柱在火灾时截面温度场的分布和变化趋势,并探究了影响截面温度场的各种因素,包括:截面含骨率、混凝土类型、混凝土含水量、截面尺寸和保护层厚度等。试验表明理论计算与试验结果吻合良好。 (4)利用apdl语言二次开发计算火灾后核心柱剩余承载力的非线性有限元参数化程序,计算得到火灾后承载力折减系数k_u,并对影响k_u和火灾后剩余承载力的各种参数,包括:受火时间、截面尺寸、配箍特征值、钢骨含骨率、纵筋配筋率、钢骨屈服强度、位置系数和混凝土强度等级等进行了详细的计算和分析。 (5)首次进行了内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱高温时温度场试验及高温后剩余承载力试验。试验结果证明了本文理论和非线性有限元计算方法的正确性和可行性。