高强钢管-高强混凝土（HS-CFST）拱平面内承载能力研究

作     者：高仲康 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘爱荣

授予年度：2019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：高强钢管 高强混凝土 平面内稳定性 试验研究 数值模拟 

摘      要：随着高强度材料的发展与应用,以及对轻质大跨工程结构的实际需求,高强钢管-高强混凝土组合结构应运而生,如高强钢管-高强混凝土(High-strength concrete-filled steel tubular)拱,然HS-CFST拱拱长细比较大,且以受压为主,稳定性问题是控制设计的重要因素。目前关于HS-CFST拱的研究甚少,对其受力性能和破坏形式尚未形成统一认识,更无设计规范可循。本文结合模型试验和有限元分析,对HS-CFST拱平面内弹塑性稳定性能进行了深入的研究,具体内容如下:(1)HS-CFST抛物线拱平面内承载能力研究。本文设计并加工了了6根不同强度的高强钢管和高强混凝土抛物线型拱肋试件,制定了详细的加载方案,在拱肋各控制断面布置了变形和应变测点,通过五点竖向对称分级加载实时追踪了试件在加载全过程中的内力变化和变形情况,探明了拱肋在均布荷载下的受力行为,获得了HSCFST的极限承载能力和破坏模态,发现破坏模态与拱肋初始缺陷有很大关系。(2)HS-CFST抛物线拱数值分析。采用ABAQUS软件建立了HSCFST抛物线拱的有限元计算分析模型,充分考虑了拱的几何非线性、材料非线性、核心混凝土的套箍效应和初始几何缺陷的影响,得到了拱加载过程的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并与试验结果进行对比。对比分析验证了实验结果的可靠性和有限元计算模型的精确性。(3)提出了高强钢管-高强混凝土拱的平面内稳定承载力计算公式。基于实验与大量的有限元模型参数分析结果,分析了钢管和混凝土强度、矢跨比、长细比和含钢率对拱的平面内承载力的影响,提出了适用于全跨竖向均布荷载作用下高强钢管-高强混凝土拱的平面内稳定承载力计算公式,并与普通钢管混凝土拱稳定设计公式进行了对比,新的公式考虑了矢跨比、钢管强度和混凝土强度的影响。