轴向载荷下多种圆钢管混凝土短柱力学性能对比研究

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本文应用试验方法和有限元法对圆中空夹层钢管混凝土(圆套圆和圆套方)、圆钢管再生混凝土(圆实心、圆套圆和圆套方中空夹层)、圆复式钢管混凝土和内管为PVC/PPR管的圆中空夹层钢管混凝土4种类型的短柱的轴压力学性能进行了对比研究。最后建议了各类圆钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算公式。  本文主要的研究工作如下:  (1)通过对圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层和圆复式4种截面形式的钢管混凝土轴压试件进行对比试验研究,考察了不同截面形式对圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。可知,复式钢管混凝土的力学性能最优,具有较高的承载力和轴压刚度;圆套方中空夹层钢管混凝土的力学性能与实心钢管混凝土接近,而圆套圆中空夹层钢管混凝土的后期延性要稍差一些;中空夹层钢管混凝土短柱中夹层混凝土受到钢管的约束作用要比实心钢管混凝土短柱中的核心混凝土弱。  (2)对不同混凝土类型的圆实心、圆套圆中空夹层和圆套方中空夹层钢管混凝土轴压试件进行试验研究,以比较两种混凝土类型(普通混凝土和再生混凝土)的圆钢管混凝土短柱轴压力学性能的异同。结果表明,极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度和外钢管的横向应变发展规律基本相同;极限承载力之后,钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的钢管普通混凝土试件。  (3)通过对比不同内管材料的圆套圆中空夹层钢管混凝土轴压试件的破坏形态和试验得到的轴力-纵向应变关系曲线发现,与普通圆中空夹层钢管混凝土试件相比,内管为 PVC(PPR)管的圆中空夹层钢管混凝土试件的斜剪破坏特征更加明显,并且其后期延性较差。  (4)对试件的轴力-纵向应变关系曲线进行数值模拟,在计算结果得到验证的基础上,采用有限元方法分别计算4种截面形式的圆钢管混凝土轴压短柱中各组成部分承担的荷载、内外钢管与混凝土间的相互作用以及跨中横截面上钢管和混凝土的纵向、径向和环向应力分布,对其工作机理进行对比分析。  (5)探讨了圆复式钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算方法,建议了合理的圆中空夹层钢管混凝土和圆钢管再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式,并对本文中的圆钢管混凝土轴压短柱试件和其它文献中的钢管混凝土试件的承载力进行了计算;综合比较各类圆钢管混凝土短柱的轴压力学指标,对其力学性能作出评定,为工程实践提供参考。
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