部分填充混凝土-钢组合柱受扭机理研究
作者单位:长安大学
学位级别:硕士
导师姓名:白亮
授予年度:2023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:部分填充混凝土 受扭性能 有限元分析 开裂扭矩 极限扭矩
摘 要:随着城市现代化的快速发展,钢-混凝土组合结构因其良好的受力性能得到广泛应用,部分填充混凝土-钢组合柱(Partially Encased Composite,简称PEC柱)作为一种新形钢-混凝土组合形式,与钢结构柱相比,其承载能力得到显著提高,同时填充混凝土又提高了钢结构柱的稳定性和耐火性能,构造简单,便于实现装配化施工。PEC柱逐渐在工程中得到广泛的应用。目前对PEC柱受扭性能的研究较少,因此,对于PEC柱结构在受扭情况下的抗扭性能分析对于实际工程施工有着重要意义。本文通过对PEC柱受扭试验进行数值模拟,对比验证了有限元模型的正确性。在此基础上,运用ABAQUS软件建立了48个PEC柱的数值模型,对其受扭力学性能进行分析,分别研究型钢翼缘宽厚比、型钢屈服强度以及填充混凝土强度对PEC柱受扭力学性能的影响。分析结果表明,减小翼缘宽厚比,增大型钢强度,提高填充混凝土强度,PEC柱的极限扭矩可以得到显著提高;增大填充混凝土强度也可以提高PEC柱的抗扭刚度。在此基础上,对PEC柱纯扭受力性能进行全过程分析,在初始阶段,部分填充混凝土-钢组合柱整体扭转角很小,此时主要由填充混凝土承担扭矩。随着扭矩增加,填充混凝土抗扭作用逐渐失效,型钢逐渐承担抗扭作用。后期,PEC柱扭矩-转角曲线未出现明显下降段,填充混凝土仍能起到约束型钢的作用,使PEC柱抗扭能力得到充分发挥。本文根据型钢构件和钢筋混凝土构件的受扭计算理论,在已有试验结论以及数值分析结果基础上,基于叠加原理,同时考虑到型钢与填充混凝土之间的相互约束,提出了一种计算方法,可以计算出PEC柱在纯扭作用下的开裂扭矩和极限扭矩,将计算结果与试验及有限元结果进行对比,结果表明公式计算值与试验及有限元结果吻合较好。