方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力研究

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随着当代工程结构向大跨、高耸、重载方向发展,近年来方钢管-钢骨混凝土柱逐渐在高层建筑中得到应用,对其受力性能进行系统研究,对指导该类结构的设计具有重要工程实用价值。本文采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,对该类构件在偏心荷载作用下的破坏机理、影响承载力的因素及受力规律进行了研究,具体内容及结论如下:运用统一强度理论,考虑中间主应力及材料拉压异性对构件承载力的影响,同时考虑钢管对混凝土的约束作用,在轴心受压的基础上考虑偏心率和长细比对承载力的影响,引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数,得出了方钢管-钢骨混凝土柱偏压极限承载力的计算公式。将计算结果与文献结果进行对比可知,误差较小,验证了本文理论公式的正确性。分析方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力的影响因素,在方钢管-钢骨混凝土柱外方钢管截面尺寸保持不变的情况下,偏压承载力随钢骨的截面尺寸增大而提高;偏压承载力随偏心率、计算长度的增大而降低;随着、b的增大而增大。在钢骨截面积相同的情况下,方钢管-钢骨混凝土柱的偏压承载力随着混凝土强度等级的增大而增大,但普通混凝土的提高幅度更大一些;随着方钢管壁厚的增加,其偏压承载力增大。将本文推导的方钢管-钢骨混凝土柱的偏压承载力公式简化,得到了方钢管混凝土柱的偏压承载力公式,将简化得到的方钢管混凝土柱的偏压承载力公式进一步简化,得到了圆钢管混凝土柱的偏压承载力公式,该公式计算的极限承载力与相关文献试验实测值比较,其结果吻合良好,表明所推导的公式具有较大的通用性,为工程的实际应用提供了一定的理论依据。运用大型通用有限元软件ANSYS,对方钢管-钢骨混凝土柱进行三维模拟,分析方钢管-钢骨混凝土柱在偏压作用下的受力性能、破坏机理及极限承载力,与试验结果和本文推导公式计算结果对比,吻合良好。同时得到了荷载-位移曲线,表明方钢管-钢骨混凝土柱有较好的延性性能。
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