圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力性能與設計方法研究.pdf

1、本文對常溫和高溫(火災)下圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力性能進行深入的理論分析和試驗研究，提出了常溫和高溫下混凝土多軸強度準則和本構(gòu)關系，探討了常溫和高溫下圓鋼管混凝土軸壓短柱的受力機理，開展了常溫下鋼管混凝土偏壓柱受力性能理論分析，進行了常溫下鋼管混凝土試件受力性能試驗研究，建立了常溫和高溫(火災)下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析方法，進行了火災下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真分析。主要研究內(nèi)容如下： (1)建立常溫和高溫下混凝土多軸強度準則，

2、提出常溫和高溫下單軸拉壓滯回應力-應變關系和軸對稱三軸受壓應力-應變關系。 基于兩個基本假定，提出損傷泊松比的概念，應用損傷力學理論和最小耗能原理，建立混凝土在多軸應力狀態(tài)下強度準則的一般形式并揭示混凝土的破壞機理，初步確定損傷泊松比的表達式；對各種強度等級混凝土的單軸力學性能試驗研究資料進行分析，建立反映不同強度等級的混凝土各種力學性能指標的統(tǒng)一表達式和單軸應力-應變?nèi)€統(tǒng)一計算方法、損傷演變方程、損傷本構(gòu)模型和滯回應力-應

3、變關系；在Ottosen混凝土三軸應力-應變關系的基礎上，提出了混凝土軸對稱三軸受壓應力-應變關系，其中峰值應力點泊松比的取值反映了損傷泊松比的思想。 (2)建立常溫和高溫下鋼管混凝土軸壓彈塑性全過程分析理論，揭示鋼管混凝土軸壓套箍約束作用機理。 利用混凝土軸對稱三軸受壓應力．應變關系，基于連續(xù)介質(zhì)力學，采用鋼管混凝土同心圓柱體力學模型，建立常溫和高溫下鋼管混凝土彈塑性全過程分析理論，編制非線性計算程序；通過對常溫下的鋼

4、管混凝土軸壓受力機理分析，指出鋼管在縱向初應力作用下將降低鋼管對混凝土的套箍約束作用，鋼管套箍混凝土將套箍約束作用發(fā)揮至最大，但軸壓剛度較小。 (3)建立常溫下鋼管混凝土軸壓、純彎和偏壓柱承載力和變形實用計算公式；提出常溫下鋼管混凝土組合截面軸力-應變關系和軸力-彎矩-曲率關系實用計算方法(合稱鋼管混凝土組合截面實用計算方法)。 基于鋼管混凝土彈塑性全過程分析理論，確立鋼管混凝土拉壓數(shù)值本構(gòu)關系，建立組合抗壓剛度和軸壓極

5、限承載力實用計算公式，提出軸力-應變關系實用計算方法；基于平截面假設，利用分層法對鋼管混凝土偏壓構(gòu)件截面軸力-彎矩-曲率關系進行全過程分析，建立組合抗彎剛度、抗彎承載力和軸力-彎矩相關方程等實用計算公式，提出軸力-彎矩-曲率關系實用計算方法; 利用基于部分正弦曲線的模型柱法對鋼管混凝土軸壓中長柱和偏壓柱(包括等端彎矩和不等端彎矩)進行全過程分析，建立鋼管混凝土偏壓柱承載力實用計算公式。 (4)進行67個常溫下鋼管混凝土試件受力性

6、能的試驗研究，探討其受力性能并驗證本文計算理論和方法的正確性。 試驗包括45根鋼管混凝土軸壓短柱試件、4個鋼管混凝土純彎試件和8個鋼管混凝土偏壓柱試件；探討了各種試件的承載力、荷載-變形曲線和荷載-橫向變形系數(shù)曲線的變化規(guī)律；結(jié)合其他學者試驗結(jié)果，共918個鋼管混凝土試件，驗證了彈塑性全過程分析理論、分層法和模型柱法及各實用計算公式和實用計算方法的正確性。 (5)建立常溫和高溫(火災)下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元計算理論

7、，編制非線性有限元程序NACFSTLF。 提出適合于高溫下鋼管混凝土柱非線性分析的鋼管和混凝土縱向熱-力耦合本構(gòu)模型計算方法；基于連續(xù)介質(zhì)力學，推導了火災下U.L.列式虛功增量方程，通過調(diào)整截面形心應變和曲率，使梁端內(nèi)外力平衡，完善了火災下分層梁材料非線性分析理論：編制NACFSTLF程序，并用常溫和高溫下鋼管混凝土構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土構(gòu)件等大量試驗結(jié)果進行了驗證，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好；本程序反映了火災下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的

8、約束套箍作用和溫度．荷載歷史，具有計算功能強和效率高的優(yōu)點。 (6)采用NACFSTLF有限元程序，進行了火災下足尺鋼管混凝土單柱、鋼筋混凝土矩形梁和鋼管混凝土柱．鋼筋混凝土T梁框架結(jié)構(gòu)抗火性能的數(shù)值仿真分析。 探討了火災下鋼管混凝土單柱初始缺陷、軸壓比、混凝土強度、鋼材強度、含鋼率和鋼管外徑對抗火性能的影響，考察了三面受火鋼筋混凝土簡支梁的抗火性能，分析了鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土T梁框架結(jié)構(gòu)在各樓層火災下的抗火性能。分