薄壁钢护筒—钢筋混凝土组合构件单向偏心受压承载性能研究

发布时间：2020-10-23 07:35

　　 为加快我国内河水运的发展,薄壁钢护筒与钢筋混凝土联合受力架空直立式这一新的码头结构形式逐渐被应用到实际工程中。在实际工程中,由于制造的偏差、轴心线的偏离、联系结构协同受力,以及上部堆载不均匀等因素使得绝大多数的组合构件处于偏心受压状态。目前对应用于码头结构的薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合结构(RCFST)偏心受压承载性能的研究还未下定论。鉴于此,本文依托交通部运输部建设科技项目中关于“在役高桩码头结构整体安全性评估技术力学特性研究”中的部分研究内容,对薄壁钢护筒-钢筋混凝土联合受力构件进行单向偏心受压承载性能研究。本文主要研究内容和成果如下:1、对本次薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合构件单向偏心受压的试验方案进行了设计:水工结构室内模型试验相似比尺原则、各材料的属性确定、加载方案及测点布置、试验开展流程、需要检测的内容及需要处理数据处理、材料统计、材料性能试验、试件制作、试件养护等。按照钢护筒及偏心率参数改变总共设计制作了5个模型柱及配套模板。2、通过对室内模型试验,对组合构件从加载到破坏进行全过程分析,考察了试件的破坏形态,讨论了各参数对组合构件承载性能的影响。结果表明:(1)钢护筒壁厚增大对组合构件承载性能的提高是由材料本身及对核心混凝土的约束作用产生,混凝土的脆性及变形受到抑制而使构件承载性能提高。(2)偏心率增大,组合构件极限承载能力减小,各材料弹性阶段占百分比越低,柱顶侧向和顶面混凝土受拉开裂程度越大,钢护筒的环向应变分布越不均衡。并在偏心率为0.25至0.5期间,存在一界限破坏值,使得受压混凝土压碎时,受拉钢筋刚好屈服,可为实际工程做出一定参考。3、为验证及深化对课题的研究,在室内模型试验基础上,采用有限元分析软件abaqus对模型试验进行数值模拟:定义材料本构模型及截面特性、施加载荷和边界条件、结果后处理等,并对数据分析总结。在此基础上按照扩展钢护筒及偏心率参数增设了13根模型柱进行模拟。模拟发现:(1)在理想状态下,仅增大组合构件钢护筒壁厚,构件的极限承载性能总体呈线性增长。(2)偏心率增大,组合构件由柱顶至柱底应变传递更深,极限承载能力时受拉面积随偏心率增大而越大。偏心率由0.45至0,单向偏心受压构件的承载性能提高的一阶导数增大。而偏心率由0.45至0.7,单向偏心受压构件的承载性能减小的一阶导数增大。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U656.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和研究意义
    1.2 钢护筒与钢筋混凝土组合构件研究现状
    1.3 钢管混凝土结构的研究现状
        1.3.1 钢管混凝土轴压承载性能研究
        1.3.2 钢管混凝土偏压承载性能研究
        1.3.3 钢管混凝土柱偏心受压承载力计算方法
    1.4 目前研究中存在的问题
    1.5 主要研究内容及技术路线
        1.5.1 主要研究内容
        1.5.2 技术路线图
第二章 薄壁钢护筒-钢筋混凝土单向偏心受压承载性能模型试验设计
    2.1 试验目的
    2.2 试验规划
        2.2.1 试验设计原理：水工结构模型试验相似准则
        2.2.2 模型柱概述
        2.2.3 加载方案及测点布置
        2.2.4 材料性能试验
        2.2.5 试件制作
第三章 薄壁钢护筒-钢筋混凝土单向偏心受压承载性能模型试验结果与分析
    3.1 引言
    3.2 试验准备及构建组设置
        3.2.1 模型柱吊运安装
        3.2.2 百分表及贴片连线
        3.2.3 偏心距调整
        3.2.4 试验安全准备
        3.2.5 构件组设置
        3.2.6 试验预加载
    3.3 试验现象与数据分析
        3.3.1 模型柱试验过程和数据分析
    3.4 极限承载能力及其承载机理分析
        3.4.1 钢护筒壁厚对极限承载能力影响的定量分析
        3.4.2 单向偏心受压偏心率大小对极限承载能力影响的定量分析
        3.4.3 各试件极限能力值与弯矩分析
    3.5 内部破坏形态及数据分析
        3.5.1 柱顶以下1/4处核心混凝土破坏形态
        3.5.2 跨中截面混凝土竖向应变分布
    3.6 破坏过程分析
        3.6.1 各模型柱试件破坏过程
    3.7 荷载水平-钢护筒跨中环向应变关系曲线
    3.8 单向偏心荷载下的侧向挠度曲线
    3.9 本章小结
第四章 薄壁钢护筒-钢筋混凝土单向偏心受压承载性能有限元研究
    4.1 概述
    4.2 abaqus有限元分析模型
        4.2.1 构件基本信息
        4.2.2 材料的本构类型
        4.2.3 单元选取及界面模拟
        4.2.4 边界条件及加载方式
    4.3 计算结果分析
        4.3.1 模型验证
        4.3.2 单向偏心受压构件有限元分析
        4.3.3 薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合构件单向偏心受压承载性能影响
        4.3.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
    5.3 结束语
致谢
参考文献
在校期间发表的论著及科研成果

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本文编号：2852724