钢管与混凝土界面黏结性能研究

作     者：周鸣 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晓

授予年度：2022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：有限元分析 黏结滑移 极限黏结力 中空夹层钢管混凝土 

摘      要：钢管与混凝土柱通过界面黏结力来传递应力和协调变形,界面黏结性能在钢管混凝土结构的力学性能方面占有重要地位。中空夹层钢管混凝土柱(CFDST)是一种新型的钢管混凝土构件,其既具备钢管混凝土柱承载性能好、施工方便的特点,又具有自重轻、抗弯刚度高与抗火性能好的特点,因此在实际工程中逐渐开始应用。然而目前国内外学者多集中于对钢管混凝土柱界面黏结性能的研究,而对中空夹层钢管混凝土界面黏结性能的相关研究却鲜有报道。中空夹层钢管混凝土柱中存在混凝土同内外双层钢管的两个接触面(OC、IC界面),参考钢管混凝土柱的界面黏结性能,对中空夹层钢管混凝土柱进行界面黏结性能研究,对实际工程具有更为重要的意义。本文主要研究了中空夹层钢管混凝土柱的内外钢管与混凝土的界面黏结性能,具体的研究工作包括:(1)通过查阅国内外有关资料,分析中空夹层钢管混凝土柱与钢管混凝土柱黏结性能的研究成果,获得关于中空夹层钢管混凝土柱与钢管混凝土柱黏结性能试验的试验数据,选择合适的材料的本构关系,为有限元分析提供精确基础数据。(2)基于钢管混凝土柱有限元模型的建立方法,利用ABAQUS软件以弹簧单元定义接触界面的法向和切向约束,以接触单元定义接触界面的接触对,着重对圆套圆截面的中空夹层钢管混凝土柱OC界面(外钢管与夹心混凝土界面)、IC界面(内钢管与夹心混凝土界面)的黏结性能进行有限元分析,并将结果同试验数据进行比对以验证模型的正确性。(3)针对外钢管与混凝土的界面黏结性能,采取控制变量的方法以长细比、钢管屈服强度、混凝土强度、钢管厚度为主要参数,将钢管混凝土当作空心率为0的中空夹层钢管混凝土,对比中空夹层钢管混凝土OC界面的黏结力;针对内钢管与混凝土的界面黏结性能,通过变换空心率、长度、混凝土强度、钢管壁厚、内外钢材强度等参数,研究并分析上述变量对中空夹层钢管混凝土IC界面黏结性能产生影响的原因。得到各类构件的荷载-滑移曲线、应力云图和破坏特征图,在此基础上分析中空夹层钢管混凝土OC、IC界面在荷载作用下的工作机理。综合以上分析研究,深入了解了中空夹层钢管混凝土柱中混凝土与内外钢管之间OC、IC界面的黏结性能。