预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱轴压力学性能研究

发布时间：2020-11-12 15:51

　　 预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱是一种在圆中空夹层钢管混凝土柱体外设置水平撑杆并通过钢索施加预应力形成的新型预应力组合构件。相比普通圆中空夹层钢管混凝土柱,索撑体系的使用为柱身提供了侧向弹性支撑,减小了柱的有效计算长度,从而使构件的稳定承载力获得显著提高。而与预应力撑杆柱相比,组合柱中混凝土可限制钢管的局部屈曲,抗火性能也更好;最为重要的是,组合柱的承载力高于两种材料承载力的简单相加,同等承载力水平下可有效减少钢材用量,从而降低结构整体造价,经济性更好。鉴于预应力撑杆柱的研究由来已久,工程应用也越来越多,因此,预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱作为一种对其进行改进、补足、提高的新型预应力组合构件,具有重要的研究价值和应用前景。故本文针对预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱的轴压力学性能进行研究,具体内容及成果如下:(1)基于有限元软件ABAQUS建立了预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱的有限元模型,利用国内外学者已完成圆中空夹层钢管混凝土柱和预应力撑杆柱的轴压试验数据验证了所建立模型的可靠性,为预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱轴压力学性能的有限元分析提供了依据。(2)利用已建立的有限元分析模型,分析了预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱对比预应力撑杆柱的经济性优势,以及采用不同金属材料时的经济性差异。研究了预应力索直径、名义含钢率、空心率、长细比、支杆相对长度、柱直径、初始预应力等参数对预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱轴压性能的影响,同时与相同参数的预应力撑杆柱进行对比分析,验证参数分析结果的合理性并获得新型预应力组合构件与传统预应力撑杆柱的差异。最后,讨论了各参数对预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱轴压性能的影响规律及建议取值。(3)分析了屈曲模式对稳定承载力的影响,并引入刚度比?来判断构件的屈曲模式和结构效率,综合大量有限元计算结果,确认?=2为构件屈曲模式转变的临界值。推导了预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱轴压稳定承载力和最佳初始预应力的线性计算公式;对比有限元计算结果,修正得到稳定承载力实用计算公式以及实际最佳预应力建议取值,提出了预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱实用设计方法。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

预应力撑杆柱在国外的应用

- 3 -c) 巴西里约三号摇滚体育场施工临时支撑 d) 巴西里约三号摇滚体育场临时支撑细节图 1-3 预应力撑杆柱在国内外的应用1.1.2 预应力支撑式圆中空夹层钢管混凝土柱的优势和研究意义虽然预应力撑杆柱相比普通钢管柱性能优势明显，但是它也有一些不足之处。首先，作为承重构件，为防止钢管过早出现局部屈曲，钢管柱需满足一定的径厚比，随着设计荷载提高，钢管厚度和截面尺寸就要相应增加，用钢量也会相应提高，经

图 2-1 钢材五段式应力-应变关系，因构件到达极限承载力时索的拉应力时视为弹性，不考虑塑性发展。定义线膨只能受拉不能受压。用塑性损伤模型，该模型可较好地模拟化。韩林海[53]提出了适用于 ABAQUS 有应变关系模型，表达式如下：202 - 11( 1)x x xy xxx x 0 0x y ， ， 275 [0.25 ( 0.5) ] ' 0.50 c(2.36 10 ) ( f) 0.5 0.1
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本文编号：2880930