双向压弯荷载作用下矩形钢管混凝土构件工作机理研究

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矩形钢管混凝土构件在实际工程中应用广泛,此类构件常处于双向压弯荷载作用下,并常常伴随有横向剪切荷载作用。目前针对此类构件在双向压弯及双向压弯剪荷载作用下的研究相对较少,简化公式也多没有考虑双向荷载作用的影响。本文建立了有限元模型,对矩形钢管混凝土构件在双向压弯荷载作用下的工作机理进行了分析研究,并考虑了剪切荷载作用的影响。具体工作如下:建立了矩形钢管混凝土构件在双向压弯荷载作用下的有限元分析模型,并对其进行了验证。基于验证过的有限元模型对矩形钢管混凝土构件在双向压弯荷载作用下的受力全过程进行了分析,给出了典型算例的受力全过程曲线,分析了荷载偏心角、荷载偏心距、加载路径等因素对此类构件双向压弯工作机理的影响规律。研究表明,随荷载偏心距的增大,构件双向压弯承载力极限状态下核心混凝土受拉区面积增大,双向压弯极限承载力减小;随荷载偏心角的增大,构件双向压弯承载力极限状态下核心混凝土受拉区面积减小,双向压弯极限承载力增大;加载路径对矩形钢管混凝土构件双向压弯受力性能和承载力几乎没有影响。分析了剪切荷载作用对矩形钢管混凝土构件双向压弯工作机理的影响规律。研究表明,构件双向压弯剪最大横向剪力介于强轴方向单向压弯剪最大横向剪力和弱轴方向单向压弯剪最大横向剪力之间。轴压比较小时,随轴力增大,构件最大横向剪力增加;轴压比较大时,随轴力增大,构件最大横向剪力减小。高宽比对强轴方向最大横向剪力影响较小,对弱轴方向影响较大。其他条件不变时,随剪跨比增大,最大横向剪力减小,减小速度减小,Vuc-m曲线呈反比例形;随钢材强度的提高、混凝土强度的提高和含钢率的增大,构件横向最大剪力增大。在含钢率较大、剪跨比较小和轴压比很小时,V-Δ曲线不出现下降段。分析了钢材强度、混凝土强度、含钢率、长细比和高宽比对矩形钢管混凝土构件双向压弯承载力和N-M曲线的影响规律。双向压弯N/Nu-Mx/Mux-My/Muy相关曲面上存在平衡点,随混凝土强度的增大、含钢率的减小、钢材强度的减小和长细比的减小,平衡点外移。随高宽比的增大,构件强轴(绕x轴)方向平衡点外移,弱轴(绕y轴)方向平衡点内移。基于参数分析,对规范中矩形钢管混凝土构件压弯和压弯剪简化计算公式在双向荷载作用情况下的适用性进行了验证。
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