矩形钢管翼缘梁抗弯性能的试验与理论研究

作     者：任亚文 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张文福;于瑞文

授予年度：2015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：矩形钢管翼缘梁 混凝土本构关系 抗弯承载力 ABAQUS M-Φ曲线 

摘      要：空翼缘梁HFB是一种截面形式比较独特的薄壁构件,它的上下翼缘为两个闭合的三角形钢管,中间腹板为薄壁钢板。由于其加工简便,而且性能优异,近十多年在国外得到了应用。矩形钢管翼缘梁是在澳大利亚空翼缘梁的基础上发展而来的新型薄壁梁。本文研究的矩形钢管翼缘梁分为4种截面形式:上翼缘为矩形钢管,下翼缘为钢板,上下翼缘均为矩形钢管,另外两种截面形式是在上翼缘钢管中填加混凝土,形成薄壁钢管混凝土翼缘梁。薄壁钢管混凝土翼缘梁可以充分发挥混凝土和钢材各自的力学性能,混凝土的存在还可以避免钢管发生局部屈曲,从而达到提高构件承载力的目的。本文的主要工作如下:1.完成了3根矩形钢管翼缘简支梁在跨中集中荷载作用下的抗弯承载力试验,分析研究了3种不同截面形式矩形钢管翼缘梁的破坏模式、截面应力-应变关系以及上下翼缘的荷载-位移关系等,得到了3根试件的极限抗弯承载力。2.根据截面中和轴位置的不同,推导出4种截面形式的矩形钢管混凝土翼缘简支梁弹性抗弯承载力和塑性抗弯承载力理论计算公式。分别考虑两种核心混凝土本构关系,对填加混凝土的两种截面形式矩形钢管翼缘梁的弹性抗弯承载力进行对比分析。分别运用叠加理论和钢管混凝土统一理论,对这两种截面形式的矩形钢管混凝土翼缘梁的塑性极限抗弯承载力进行对比分析。3.利用ABAQUS有限元分析软件,选取合适的混凝土和钢材两种材料的本构关系,同时考虑材料非线性,对4种不同截面形式矩形钢管翼缘梁进行了静力仿真分析,得到了4种构件的弯矩-曲率(M-Φ)曲线。通过对比4种矩形钢管翼缘梁的理论、试验与有限元结果,验证了本文理论公式和有限元分析方法的正确性与适用性。