机械开孔模拟局部腐蚀的方钢管混凝土轴压短柱受力性能

发布时间：2020-06-19 10:42

【摘要】：钢管混凝土柱具有承载力高、刚度大、延性好、施工方便等优点,在实际工程中得到了广泛的应用。然而,钢管混凝土结构中的钢管也存在着与其他金属结构一样的材料缺陷,影响结构的完整性和使用寿命。这种材料缺陷主要是由于腐蚀、焊接或其他化学侵蚀引起的缺陷或厚度变化。尽管目前钢管混凝土应用广泛,但关于这种缺陷对钢管混凝土构件力学性能影响的研究相对较少,现行设计规范中也没有专门的方法来考虑缺陷。本文主要研究了钢管开槽对方钢管混凝土短柱轴压性能的影响。在本文中,采用机械加工钢管缺陷模拟局部腐蚀引起的材料缺陷。采用试验与有限元分析相结合的方法,对开槽方钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的破坏机理进行了研究,探讨了影响开槽方钢管混凝土轴压短柱力学性能的参数。主要内容如下:1)对19根开槽方钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力性能进行了试验研究。试验中主要参数是钢管开槽的长度、宽度、深度和方向。分析了这些参数对构件破坏模式、荷载-变形关系和承载力的影响。试验结果表明,开槽方钢管混凝土轴压短柱与未开槽方钢管混凝土轴压短柱的破坏模式有较大差异。不同开槽方向的试件典型破坏模式分别为槽口钢管鼓曲、槽口闭合或钢管局部屈曲。随着水平和斜向开槽长度的增加,钢管的有效截面面积减小,造成构件的承载力下降;开槽方向对承载力也有较大影响;而竖向开槽的长度、深度和宽度对开槽方钢管混凝土柱的承载力几乎没有影响。2)采用Abaqus软件建立了开槽方钢管混凝土轴压短柱的有限元模型。将有限元分析结果与试验结果进行对比验证,结果表明二者吻合较好,试验结果和有限元分析的承载力一致。3)利用有限元模型进行参数分析,研究了开槽长度、开槽方向、开槽深度、钢材强度、混凝土抗压强度和含钢率等参数对构件承载力的影响。随着水平和斜向开槽长度的增加,构件的承载力下降;竖向开槽的长度对承载力影响较小。当开槽角度由0°变为90°,构件的承载力提高,延性下降。开槽长度水平分量相同时,开槽方向对柱的承载力几乎没有影响。增加水平开槽的深度减小了钢管的有效面积,从而降低了开槽方钢管混凝土轴压短柱的承载力。钢管强度越高,开槽方钢管混凝土轴压短柱的承载力越高。混凝土强度越高,构件的承载力和刚度越高,但构件会出现脆性破坏。增加含钢率可以提高开槽方钢管混凝土轴压短柱的承载力、延性和刚度。4)最后,基于钢管有效截面面积的变化,提出了计算开槽方钢管混凝土轴压短柱承载力的理论方法,该方法的计算结果与试验结果和有限元分析结果一致。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9

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本文编号：2720681