薄壁钢管混凝土短柱基本力学性能研究

作     者：金周 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高轩能

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：薄壁钢管混凝土 加劲肋 轴压 偏压 试验研究 有限元 

摘      要：在传统的钢管混凝土工程中,经常采用的是管壁较厚的钢管混凝土。已有的工程经验表明,在钢管混凝土工程中采用薄壁钢管,可以减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低造价的目的。但是薄壁钢管在轴向荷载下容易发生局部屈曲,尤其是截面形状为方形或矩形时。参照钢结构处理局部屈曲的方法,可沿薄壁钢管混凝土管壁纵向设置加劲肋,利用加劲肋的抗弯刚度为板件的面外提供约束变形的支撑点,从而提高板件发生局部屈曲的临界应力。本文主要通过试验和理论分析对设肋和不设肋薄壁矩形钢管混凝土结构的变形和受力性能进行了研究,主要包括以下几个方面: (1)分别以板件宽厚比、加劲肋的抗弯刚度和焊接方式以及加荷方式为研究对象,进行了10根薄壁方钢管混凝土短柱轴压力学性能的试验研究。以荷载偏心率、截面高宽比、肋的焊接形式为主要变化参数,进行了11根带肋和不带肋薄壁矩形钢管混凝土短柱偏压力学性能的试验研究。考察了薄壁钢管混凝土在轴压和偏压作用下的力学性能,并分析了各参数对试件力学性能的影响。 (2)采用有限单元法对轴压、偏压构件的荷载-变形全过程曲线进行了数值计算,计算结果与试验结果吻合较好,说明了本文有限元分析的可靠性。在此基础上,通过分析计算,回归了完全加劲时加劲肋所需要的刚度计算公式,并对带肋、不带肋薄壁钢管混凝土力学性能进行了系统研究。研究表明,加劲肋的设置能够有效改善薄壁钢管混凝土的局部屈曲性能,增强钢管对核心混凝土的约束作用,从而提高构件的轴压承载能力,但对延性的影响很小。 (3)采用有限单元法对偏压带肋和不带肋构件受力过程中核心混凝土的应力分布、钢管的破坏模态进行了研究,分析了荷载偏心率、截面套箍系数和加劲肋的设置对力学性能的影响。 (4)将本章和已有试验结果与国内外常见的规程计算结果进行了比较,并在参数分析和试验研究的基础上,建议了带肋和不带肋薄壁钢管混凝土短柱在轴压和偏压受力状态下的承载力实用计算方法,其计算结果得到试验结果的验证,可为有关工程实践提供参考。