基于有限条法的钢管混凝土局部屈曲性能若干关键问题研究

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本文对不带拉杆和带约束拉杆方钢管混凝土柱钢管壁板件的轴压和偏压局部屈曲进行了理论推导和性能分析,主要研究内容及研究成果如下:(1)基于现有试验和理论研究合理地假定方钢管混凝土柱钢板的边界条件为四边固定约束。利用有限条法,推导出方钢管混凝土轴压和偏压柱的临界局部屈曲应力计算公式,对方钢管混凝土偏压柱的临界屈曲系数进行了非线性拟合,给出了其简化计算公式。其计算值与现有理论的计算结果对比,吻合良好。给出了不同应力梯度下钢板宽厚比的建议限值,以保证钢管混凝土钢管壁在发生局部屈曲之前屈服。(2)针对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压和偏压柱钢板的局部屈曲特性,通过界定约束拉杆的影响区域,建立了带约束拉杆方形钢管混凝土轴压和偏压柱的局部屈曲模型。基于此模型,利用有限条法计算了带约束拉杆方钢管混凝土轴压和偏压柱钢板的临界屈曲应力。提出了约束拉杆影响区域的局部屈曲简化计算公式,该公式误差小于1%。(3)带约束拉杆方钢管混凝土临界局部屈曲应力计算值与现有试验结果进行对比,吻合良好,基于有限条法的带约束拉杆方钢管混凝土轴压和偏压柱钢板的局部屈曲模型是适用于带约束拉杆方钢管混凝土的局部屈曲分析。(4)应用所提出的模型,研究了不同应力梯度下约束拉杆的水平间距、纵向间距及拉杆直径对带约束拉杆方形钢管混凝土柱钢板整体临界局部屈曲平均应力的影响。结果表明,约束拉杆纵向间距对整体临界局部屈曲平均应力的影响最为显著,水平间距次之,而拉杆直径的影响最小。最后,建议了不同应力梯度、约束拉杆间距和约束拉杆直径下的方钢管混凝土轴压和偏压柱钢板宽厚比的限值,以便于工程设计应用。
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