薄壁圓鋼管混凝土構件與節(jié)點力學性能研究.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構以其優(yōu)良的力學性能和良好的經(jīng)濟效益，廣泛地應用在建筑結(jié)構、橋梁結(jié)構、海洋工程以及輸電線路工程中。薄壁鋼管結(jié)構中填充混凝土可以有效地解決管壁局部屈曲問題，隨著我國特高壓輸電工程的積極推進，大徑厚比薄壁圓鋼管混凝土結(jié)構必將有其廣闊的應用空間。由于該類結(jié)構尚無完善的設計規(guī)范，這也使得開展相應研究更具迫切性和實際意義。本文針對薄壁圓鋼管混凝土結(jié)構力學性能和設計方法進行研究，主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)提出一種格構式

2、鋼骨-薄壁圓鋼管混凝土結(jié)構，以解決大徑厚比軸壓構件內(nèi)部混凝土約束不足的問題。對該類構件柱開展軸壓試驗研究和有限元數(shù)值模擬，分析配骨指標、鋼骨含量、長細比和鋼材強度對組合柱承載力及破壞模式的影響，并通過有限元模型驗證截面受力合理性。最終建立考慮鋼骨和鋼管混凝土之間的相互作用的格構式鋼骨-圓鋼管混凝土軸壓承載力實用計算公式。
　　(2)開展薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點應力集中系數(shù)試驗研究和有限元數(shù)值分析，分別研究節(jié)點類型、主管管壁厚度對相

3、貫節(jié)點焊縫附近主管及支管壁應力集中系數(shù)的影響。通過將試驗結(jié)果與現(xiàn)行鋼管相貫節(jié)點應力集中系數(shù)公式計算值對比，研究鋼管節(jié)點公式對鋼管混凝土節(jié)點的適用性。
　　(3)開展軸拉荷載作用下薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點力學性能試驗研究，分別研究主管內(nèi)核心混凝土對T型、Y型、K型和KT型相貫節(jié)點受力機理、破壞模式、管壁變形和極限承載力的影響。采用ABAQUS建立考慮鋼材不同應力狀態(tài)下失效準則、材料及幾何非線性、鋼管-混凝土接觸關系和實際焊縫尺寸的相

4、貫節(jié)點有限元分析模型。通過有限元模型分析節(jié)點幾何參數(shù)和材料參數(shù)對節(jié)點承載力的影響，同時得到?jīng)_剪破壞面上剪切應力一般表達式。最終提出考慮破壞面空間性和實際剪切應力分布規(guī)律的相貫節(jié)點沖剪破壞抗拉承載力設計公式。
　　(4)開展平面內(nèi)彎矩荷載作用下薄壁圓鋼管混凝土T型相貫節(jié)點力學性能試驗研究和有限元數(shù)值分析，研究主管內(nèi)核心混凝土對平面內(nèi)彎矩作用下T型相貫節(jié)點的受力機理、破壞模式、管壁變形和極限承載力的影響。通過節(jié)點參數(shù)研究和破壞面剪切應

5、力分布情況分析，進一步深入探究節(jié)點受力機理，建立節(jié)點受彎沖剪破壞承載力計算模型。最終提出平面內(nèi)彎矩荷載作用下鋼管混凝土T型相貫節(jié)點沖剪破壞抗彎承載力設計公式。
　　(5)開展軸拉、偏拉和平面內(nèi)彎矩荷載作用下薄壁圓鋼管混凝土十字插板連接節(jié)點力學性能試驗研究。研究荷載類型、節(jié)點類型、主管壁厚、主管直徑、節(jié)點板厚等因素對鋼管混凝土板接節(jié)點工作機理和變形的影響。建立有限元分析模型，研究試驗節(jié)點受力全過程，進而深入了解主管內(nèi)混凝土對相應節(jié)點