【摘 要】
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薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土柱是一种新型组合柱,由四肢方钢管和侧壁横肋波纹钢板焊接形成的多腔体与混凝土组合而成。由于波纹钢板的存在,多腔体局部稳定性增强,能够对混凝土提供有效约束,从而提高构件的承载力及延性;四肢方钢管在保证构件密实性的同时,可以增强对核心混凝土侧向约束,提高构件的压弯承载力。本文采用试验研究、有限元分析以及理论分析三种方法对薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴心受压性能开展研究。主
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薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土柱是一种新型组合柱,由四肢方钢管和侧壁横肋波纹钢板焊接形成的多腔体与混凝土组合而成。由于波纹钢板的存在,多腔体局部稳定性增强,能够对混凝土提供有效约束,从而提高构件的承载力及延性;四肢方钢管在保证构件密实性的同时,可以增强对核心混凝土侧向约束,提高构件的压弯承载力。本文采用试验研究、有限元分析以及理论分析三种方法对薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴心受压性能开展研究。主要研究内容及取得的结论如下:（1）以单肢方钢管截面尺寸与组合柱截面宽度的比值（简称径宽比）为研究参数,开展了3根薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱和1根薄壁方钢管混凝土短柱轴心受压试验,从各试件的破坏模态、荷载-纵向应变曲线、承载力提高系数、延性、各钢材组分的应变发展规律等方面对比分析,来评价径宽比对横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土柱相比普通薄壁方钢管混凝土柱具有良好的轴压力学性能,随着径宽比的增加,方钢管与波纹钢板组成的多腔体局部稳定性逐渐降低,在竖向荷载作用下,易发生局部屈曲,试件的承载力及延性逐渐增大,承载力提高系数逐渐减小。（2）采用有限元ABAQUS建立了薄壁横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱的分析模型,通过试验结果验证了该模型的准确性。在此基础上,先以典型试件为例通过对其各部件的荷载-纵向应变曲线、各钢材组分的应力-应变曲线及混凝土的纵向应力分布规律分析,来探究横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱的受力机理,再通过改变材料的强度和尺寸来进一步评价参数对横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴压性能的影响。有限元分析表明:波纹钢板几乎不承担轴向荷载,构件承载力的大小主要是由核心混凝土和方钢管混凝土决定;构件截面的强约束区主要集中在核心混凝土的截面核心处和方钢管角部,而弱约束区主要集中在波中处和钢管阴角边;波纹钢板表面受力不均匀,波峰与波中处的钢材均表现为双向受拉,波谷处的钢材受力特点类似于直钢板,相比波谷、波中,波峰对核心混凝土的约束作用最强;构件的承载力及延性随着波纹钢板厚度、钢管厚度的增加而提高,且混凝土受到的约束作用也随之增强,随着混凝土强度的提高和径宽比的增加,构件的承载力增大但承载力提高系数减小。（3）采用六本钢管混凝土标准建议的轴压承载力计算方法与试验及有限元结果进行对比,评价这六种标准对于横肋波纹钢板-钢管混凝土轴压短柱计算的适用性。基于Mander模型推导钢管内约束混凝土抗压强度的研究方法建立了四肢方钢管混凝土截面轴压承载力计算公式,并在有限元参数分析的基础上建议了核心混凝土截面轴压承载力计算公式,最后根据叠加原理建立横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式。计算结果表明:DBJ规程计算结果能较好地评估横肋波纹钢板-钢管混凝土柱的有限元分析值和试验值,该规程虽基于“统一原理”考虑了四肢钢管对混凝土的约束作用,但未能反映波纹钢板对混凝土的约束作用,从整体而言并不适用于对横肋波纹钢板-钢管混凝土柱轴压承载力的计算,采用推导的计算公式,计算值与试验值及有限元分析吻合较好且偏于安全,可为工程设计提供参考。
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