十字形钢管混凝土柱轴压性能研究

摘要

十字形钢管混凝土具有承载力高、延性好等优点，用于住宅和办公建筑中能有效消除柱角突出的问题，具有良好的建筑效果。尽管十字形钢管混凝土具有以上诸多优点，目前对于十字形钢管混凝土的相关研究还很少，缺乏此类结构构件的设计方法。论文对轴压荷载作用下十字形钢管混凝土的轴压性能进行了研究。本文采用试验研究与有限元分析相结合的方法，研究了十字形钢管混凝土轴压荷载作用下的失效机制和受力机理，研究不同参数对十字形钢管混凝土轴压力学性能的影响。论文的具体工作如下：

1) 完成了6根十字形钢管混凝土构件的短柱和中长柱轴压试验，考查了其轴压荷载下的受力性能。试验中主要考虑了钢管宽厚比和长细比的影响。通过试验研究了不同参数对试件破坏模式、荷载-变形关系曲线和极限承载力的影响，并对比分析了试验结果。试验结果表明：随着试件宽厚比的降低，试件的承载力和延性明显提高。

2) 采用通用有限元软件ABAQUS建立了十字形钢管混凝土构件的有限元分析模型，并基于现有的试验结果对有限元模型进行了验证，有限元分析结果和本文试验结果吻合良好。对比结果表明：试件的刚度、承载力和后期下降段趋势吻合较好。

3) 通过有限元软件ABAQUS进行参数分析，系统研究了钢管宽厚比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对构件轴压力学性能的影响规律。研究结果表明：随着截面宽厚比的增加，试件承载力和延性有所提高；截面宽厚比对截面宽厚比较小的构件承载力和延性都有影响，而对截面宽厚比较大的构件延性没有明显的影响；提高混凝土强度可以提高构件承载力，而延性有所降低。

4) 基于钢管和混凝土之间的相互作用机理，提出了十字形钢管混凝土轴压构件承载力计算方法；同时，试验结果和美国ACI规范、欧洲EC4规范，国内的GJB规范和CECS规程的计算结果进行对比。对比结果表明：国内外设计规范或规程用于计算十字形钢管混凝土的承载力均偏于保守；本文基于理论分析模型提出的简化计算方法能较为准确模拟构件极限承载力。

关键词：十字形；钢管混凝土；轴压；试验；有限元

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