圆端形钢管混凝土构件偏压力学性能研究

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圆端形钢管混凝土构件具有良好的力学性能和优美的建筑外形,被应用于桥梁工程,但目前关于其偏压性能的研究还比较少。本文结合偏压试验、数值计算和理论分析等方法对圆端形钢管混凝土构件偏压受力性能和承载力计算进行了深入研究。在以往研究的基础上,提出了核心混凝土约束分区理论和等效单轴本构关系模型,开展了构件偏压试验研究,建立了构件偏压数值分析模型,对比分析了不同截面类型钢管混凝土的偏压力学性能。最后,基于试验结果和理论分析,提出了适用于工程实践的偏压承载力计算公式。具体研究内容、方法和结果如下:(1)分析了圆端形钢管混凝土构件在轴压作用下的受力机理,借鉴约束混凝土的本构关系,提出了圆端形钢管混凝土的等效单轴本构关系数值分析模型。并采用纤维模型法计算构件轴压承载力,计算效果好且应用方便,可供工程实践参考。(2)进行了圆端形钢管混凝土构件偏压试验研究,研究截面高宽比、构件长细比和荷载偏心率等参数对构件偏压力学性能及承载力的影响,分析构件偏压变形特征及破坏形态。试验结果表明:圆端形钢管混凝土偏压试件破坏形态主要为构件整体挠曲变形,部分试件平直段钢管局部屈曲,混凝土破坏。(3)通过有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土构件偏压计算模型,对偏压荷载作用全过程进行分析。在经试验验证模型可靠的基础上,开展圆端形钢管混凝土构件偏压工作机理研究和参数分析。结果表明:钢管对核心混凝土的约束作用主要集中在圆弧段,平直段钢管对混凝土的约束作用比较小;偏压承载力随钢管强度、混凝土强度、截面含钢率的增大而增大,随偏心率和长细比的增大而减小。(4)对圆形、圆端形和矩形截面钢管混凝土偏压构件进行有限元分析,从破坏模态、受力分析、钢管与混凝土之间的相互作用、截面应力分布等方面对比分析了圆形、圆端形和矩形钢管混凝土构件偏压力学性能。研究发现:不同截面形式的钢管混凝土构件钢管屈曲破坏形态不同;由于截面形式不同而产生的约束作用和截面抗弯能力的不同使三者偏压承载力计算存在一定差异。(5)最后,总结国内外已有钢管混凝土构件承载力设计规范和研究成果,将试验结果与计算结果进行对比分析,提出适用于工程实践的构件偏压承载力计算方法。
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