内配型钢钢管混凝土构件的剪切力学性能研究

发布时间：2020-11-10 10:27

　　 随着高层、大跨、重载结构的发展,内配型钢的钢管混凝土构件的工程应用越来越广泛,系统研究该类新型组合构件在各种荷载工况下的力学性能并提出设计理论和方法是必须解决的重要问题。到目前为止,内配型钢的钢管混凝土构件在轴压、压弯及纯弯等简单受力工况下的研究较多,在剪切荷载作用下受力性能的系统研究较少。本文对内配型钢的钢管混凝土构件在剪切荷载作用下的受力性能进行了较系统的试验研究和理论分析,主要包括内配十字型钢和工字型钢的圆钢管、方钢管混凝土及内配工字型钢的矩形钢管混凝土受剪构件。具体工作内容如下:(1)完成了50个内配十(工)字型钢的圆形(方形、矩形)钢管混凝土试件的剪切力学性能试验研究,揭示了这种新型构件的破坏形态和力学性能。以剪跨比为基本参数,分析了剪跨比、型钢截面形式及面积、构件截面形状等对构件破坏形态及荷载-变形关系曲线的影响。另外,本文还完成了8个无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能试验,考察了截面尺寸和剪跨比对该类构件抗剪承载力及钢管和混凝土之间滑移的影响规律。(2)采用有限元软件ABAQUS,用数值方法对钢管混凝土受剪构件的荷载(V)-变形(Δ)关系曲线进行计算,在此基础上对本文内配型钢的钢管混凝土受剪构件的静力试验进行模拟,荷载(V)-变形(Δ)关系曲线及破坏形态均与试验结果吻合较好,验证了本文有限元模型的可靠性。(3)采用有限元法对内配型钢的钢管混凝土构件在剪切状态下的受力性能和工作机理进行了系统研究,具体内容如下:内配型钢的钢管混凝土构件受力全过程中外部钢管、内配型钢及内部混凝土的正应力(σ)及剪应力(τ)分布规律;组合构件中内配型钢的腹板和翼缘不同区域剪应力的分布规律;空钢管及相同截面的钢管混凝土、内配型钢的钢管混凝土构件剪切破坏模态的对比研究;组合构件中外部钢管、内配型钢及内部混凝土在受力过程中受力特性及贡献分析;钢管与混凝土及内部混凝土与型钢之间的相互作用研究。(4)采用数值计算方法,对影响内配型钢钢管混凝土剪切构件静力性能的主要因素,如:型钢强度、内配型钢配骨率、混凝土强度及钢管强度、钢管约束效应系数等进行参数分析,在大量多参数分析计算的基础上,采用回归分析方法,提出剪切荷载作用下内配型钢钢管混凝土构件的实用计算公式,公式计算与有限元计算结果互为验证,实用公式可为相关工程设计提供有益参考。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.9
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 内配型钢钢管混凝土的概念、特点及应用
        1.1.1 内配型钢钢管混凝土的概念
        1.1.2 内配型钢钢管混凝土的特点
        1.1.3 内配型钢钢管混凝土的应用
    1.2 内配型钢钢管混凝土组合构件受力性能研究现状
        1.2.1 轴心受力构件
        1.2.2 纯弯及压弯构件
        1.2.3 剪切及压弯剪构件
        1.2.4 抗震性能
    1.3 研究现状总结
    1.4 本文主要研究内容
第2章 内配型钢钢管混凝土剪切构件力学性能试验研究
    2.1 引言
    2.2 试验概况
        2.2.1 试件设计
        2.2.2 试件制作
        2.2.3 材性试验
        2.2.4 试验装置
        2.2.5 加载制度
        2.2.6 测量方法及测量内容
    2.3 试验现象
        2.3.1 内配型钢圆钢管混凝土试件
        2.3.2 内配型钢方钢管混凝土试件
        2.3.3 内配型钢矩形钢管混凝土试件
    2.4 破坏形态分析
        2.4.1 外部钢管
        2.4.2 内部混凝土
        2.4.3 内配型钢
    2.5 无端板矩形钢管混凝土构件剪切性能试验
        2.5.1 试验概况
        2.5.2 试验结果及其分析
    2.6 本章小结
第3章 内配型钢的钢管混凝土剪切构件试验结果分析
    3.1 引言
    3.2 荷载-位移关系曲线分析
        3.2.1 荷载-位移关系曲线
        3.2.2 剪跨比分析
        3.2.3 内配型钢分析
        3.2.4 试验典型荷载位移曲线
    3.3 应变分析
        3.3.1 内配型钢的圆钢管混凝土
        3.3.2 内配型钢的方钢管混凝土
        3.3.3 内配型钢的矩形钢管混凝土
    3.4 本章小结
第4章 内配型钢钢管混凝土剪切构件有限元分析
    4.1 引言
    4.2 内配型钢钢管混凝土构件有限元数值模型
        4.2.1 钢材和混凝土本构关系模型
        4.2.2 有限元数值模型
        4.2.3 模型验证
    4.3 典型构件受力全过程曲线分析
    4.4 纯剪、弯剪和弯曲构件界限剪跨比分析
        4.4.1 有限元计算结果
        4.4.2 力学计算分析
    4.5 剪切构件工作机理分析
        4.5.1 典型时刻正应力分布
        4.5.2 典型时刻剪应力分布
        4.5.3 内部型钢截面不同位置剪应力分析
        4.5.4 剪切破坏模态分析
        4.5.5 构件受力特性分析
        4.5.6 构件相互作用分析
    4.6 无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究
        4.6.1 有限元模型验证
        4.6.2 摩擦粘结对抗剪承载力及滑移的影响
        4.6.3 端板对试件剪切性能的影响
        4.6.4 强弱轴加载对试件剪切性能的影响
    4.7 本章小结
第5章 内配型钢钢管混凝土剪切构件参数分析及实用计算方法·
    5.1 剪力-位移关系曲线影响参数分析
        5.1.1 型钢屈服强度
        5.1.2 型钢含钢率
        5.1.3 混凝土抗压强度
        5.1.4 钢管截面约束效应系数
        5.1.5 钢管屈服强度
    5.2 抗剪强度实用计算方法
        5.2.1 简化计算公式
        5.2.2 抗剪强度指标定义
        5.2.3 抗剪强度指标计算公式
        5.2.4 公式验证及对比
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢

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本文编号：2877826