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原文传递脱空钢管混凝土柱受压下极限承载力的分析研究

论文题名：	脱空钢管混凝土柱受压下极限承载力的分析研究
关键词：	钢混桥梁;墩台结构;桥梁荷载;有限元分析
摘要：	近几年来，我国城镇化发展迅速，设计并且建造了很多大跨度桥梁结构。由于钢管混凝土柱有抗压、抗震、耐火、耐腐蚀、经济等优点，被施工单位广泛应用于土木工程领域。但在工程中对许多钢管混凝土拱桥而言，处于拱肋内部的混凝土因为各种因素与钢管壁的粘结减小并且发生脱离，从而产生脱空现象使钢管混凝土柱的整体抗压性能减弱，使钢管混凝土柱的发展受到阻碍。由此可见，脱空后的钢管混凝土柱受力性能的研究已经受到土木工程领域越来越多的专家关注。本文对钢管混凝土脱空柱的极限承载力在理论上进行分析，并利用ANSYS有限元软件对钢管混凝土脱空柱进行模拟，从而探索脱空发生后钢管混凝土柱在轴向受压与偏心受压两种情况下的极限承载力，通过本文可以对钢管混凝土柱在实际工程中的施工与安全检测等方面给出一些基础性的研究资料。本研究主要内容包括：　　⑴介绍了高强混凝土结构的优点与不足，当地震发生时，高强混凝土柱子外侧的强度较高的混凝土会发生脆性破坏。钢管混凝土结构的优点与受力特性，钢管混凝土柱端在压力作用下，因为钢管与混凝土在共同承受压力时相互依赖，相互约束，这种组合结构使两种材料的力学性能都得到充足发挥。钢管混凝土柱在受力方面的优点是当钢管处于轴压作用之下可以对混凝土产生套箍作用，使两种构件三个方向均受应力。不同于普通钢筋混凝土在轴向受压情况下的单轴应力状态，使各个材料的承载能力得到充足发挥。但由于各种因素钢管混凝土柱中混凝土与钢管内壁容易发生脱空，本文介绍了发生脱空的位置、原因和检测方法。列表说明了钢管混凝土柱在轴向受压与偏心受压两种情况下的研究现状。　　⑵分析和总结现有的研究成果，在对脱空率进行量化考量后，得出钢内混凝土的应力-应变曲线；对材料非线性进行分析，对几何非线性等效成线性进行近似计算，以现有资料中研究成果为准，利用有限元软件ANSYS建立发生脱空的钢管混凝土柱模型，所建模型与试验中所选试件的尺寸与材料属性一致，模拟出当轴压或者偏压作用下柱子的抵抗外荷载的特性，柱子的各种参数对极限承载力的影响，得到了一些对工程实践有帮助的结论，如对于同一脱空钢管混凝土柱，脱空率越大，承载力越低；提高混凝土强度与钢管屈服强度可以提高发生脱空的钢管混凝土柱对轴向荷载的承载能力，提高钢管屈服强度效果更明显，钢材屈服强度过大，会造成工程造价高，也容易使钢管混凝土柱发生脆性破坏。采用钢管混凝土结构正截面受力计算公式，通过叠加法，对发生脱空的钢管混凝土柱的横截面受力进行理论计算，公式得到的结果与试验结果以及ANSYS模拟结果进行列表比对，误差可以满足工程实践的需要。　　⑶以极限平衡理论为基础，通过线性回归得到了侧压系数的表达式。推导出在轴向压力作用下钢管混凝土柱发生脱空后的极限承载力计算公式，并与前人试验结果进行列表比对，误差满足实际工程的需要。
作者：	张希萌
专业：	工程力学
导师：	康希良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文