复式钢管混凝土柱在轴压和水平荷载作用下的力学性能

1、复式钢管混凝土柱在轴压和水平荷载作用下的力学性能近年来,复式钢管混凝土柱因其除继承了普通钢管混凝土承载力高,塑性、韧性好的优点外,还具有更好的耐火安全性,优越的抗震性能,且能有效避免厚壁钢管的使用,在国内外逐渐兴起,无论是在桥梁结构中的桥墩,海洋平台的支承还是在高层建筑中的大直径柱中,都有所采用,是发展前景较好的一种新型结构形式。国内外已有学者对此类构件的受力性能和承载力开展了相关的研究工作,取得了一定的成果,但是缺乏深入、细致的研究和受力机理的理论解释,更缺少对此类构件在水平荷载作用下力学性能的深入研究。本文运用统一强度理论对内圆外圆和内圆外方实复式钢管混凝土柱的轴心受压力学性能进行了理论分

2、析,给出了较为合理的受力和破坏机理的理论解释,得到了该两种截面形式的实复式钢管混凝土柱轴压极限承载力的统一解。并以大型通用有限元软件ANSYS为平台,对在单调水平荷载作用下的内圆外方实复式钢管混凝土柱进行了弹塑性分析,得到了其荷载一位移曲线,分析和考察了轴压比、内钢管屈服强度、外钢管屈服强度和混凝土强度等因素对曲线的影响规律,并在单调加载的基础上,对其施加低周反复水平荷载,进一步考察了其滞回性能.所得到的结论如下:1.运用统一强度理论对内圆外圆和内圆外方实复式钢管混凝土柱的轴心受压力学性能进行了理论分析,得出了其轴压极限承载力的统一解,将理论计算结果与试验结果相比较,吻合较好。表明运用统一强度

3、理论,考虑内、外钢管对内层混凝土的双重约束作用以及钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响来分析实复式钢管混凝土柱的轴心受力和破坏机理是合理的。同时证明,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数将内圆外方实复式钢管混凝土柱,按照面积相等的原则等效为内圆外圆实复式钢管混凝土柱,进而得出其轴压极限承载力的方法是可行的。所得到的轴压极限承载力的统一解,具有广泛的适用性,既适用于拉压相同的低强度钢材,也适用于拉压不同的高强度钢材;中间主应力对极限承载力有较大影响,极限承载力随着强度参数b的增大而增大。2.钢管,尤其是内钢管对于实复式钢管混凝土柱轴压极限承载力的增益作用,主要体现在其对混凝土的套箍作用,

4、并非体现在其自身的强度贡献;对于内钢管屈服强度低于外钢管的实复式钢管混凝土柱,其轴压极限承载力与具有相同含钢率的普通钢管混凝土柱相比提高并不明显,而对于内钢管屈服强度高于外钢管的实复式钢管混凝土柱,相对具有相同含钢率的普通钢管混凝土柱优越性能明显,不但提高了极限承载力还可以有效避免使用厚壁钢管导致的加工制作上的困难。3.内圆外方实复式钢管混凝土柱在单调水平荷载作用下的荷载位移曲线图形稳定性较好,在加载后期基本保持水平或出现微弱下降段,表现出了良好的塑性和延性,表明内圆外方实复式钢管混凝土柱具有良好的抗震性能。其应力基本呈反对称分布,且由柱两端向中间逐渐减小。构件的水平承载力在加载后期出现下降,

5、主要是由于随着水平位移的增加,混凝土裂缝不断开展,自身模量降低,进而导致构件整体刚度退化引起的。构件的破坏源自于柱底部核心混凝土的压碎和钢管的屈服。4.轴压比、内钢管屈服强度、外钢管屈服强度和混凝土强度等都是影响其极限承载力和延性的因素。改变这些参数,不但会影响荷载-位移曲线的数值,还会改变曲线的形状。5.构件在低周反复水平荷载作用下的滞回曲线图形饱满,没有出现明显的捏缩现象,进一步表明内圆外方实复式钢管混凝土柱具有良好的耗能能力和塑性变形性能。构件的骨架曲线与单调加载时的荷载-位移曲线相似。同主题文章1.周蓉,魏雪英,赵均海,肖海兵. 内圆外方实复式钢管混凝土柱偏压承载力研究 J. 工业建筑

6、. 2009.(S1)2.霍润科,王艳波,宋战平,于钦源. 黄土隧道初期支护性能分析 J. 岩土力学. 2009.(S2)3.黄昶春,韦志林,沈光烈,宾凌. LX131型车架优化设计及试验验证 J. 煤矿机械. 2009.(12)4.叶寅,刘新田,黄虎. 轿车后副车架有限元分析 J. 上海工程技术大学学报. 2009.(04)5.朱梁洪. 混凝土梁仿真模拟的混凝土材料本构模型的选取 J. 硅谷. 2009.(24)6.王隼,李平. 型钢混凝土柱破坏过程数值模拟 J. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2009.(06)7.张传国. 强度折减法在边坡稳定有限元分析中的应用 J. 云南水力发电. 2009.(03)8.马晓峰. 叶片的动力学特性分析及NEWMARK程序校核 J. 江苏电机工程. 2009.(03)9.李磊,石晓辉,程乃士,张俊杰. 国产CVT金属带摩擦片强度分析 J. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009.(07)10.王巧玲,肖成安,肖竞,徐子亮,王建省. 型钢混凝土组合梁的数值模态分析 J.