本文選題：橢圓鋼管柱　切入點(diǎn)：橢圓鋼管混凝土柱　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：近年來(lái),橢圓鋼管作為鋼管結(jié)構(gòu)家族的新成員,以其靈動(dòng)輕盈的建筑外形和獨(dú)特卓越的力學(xué)性能,受到越來(lái)越多建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。為了深入了解和掌握橢圓截面構(gòu)件的力學(xué)性能,進(jìn)一步推廣該類(lèi)截面構(gòu)件的工程應(yīng)用,本文通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬等手段,圍繞空心橢圓鋼管和橢圓鋼管混凝土柱的受力性能和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。全文的研究?jī)?nèi)容和主要成果如下：第2章基于能量法推導(dǎo)了軸壓作用下橢圓截面柱殼彈性屈曲臨界應(yīng)力和臨界半波長(zhǎng)的理論解,推導(dǎo)中引入帶有衰減系數(shù)的位移函數(shù)并利用里茲法求解軸壓橢圓柱殼的能量方程。由本文理論解退化得到的圓柱殼在軸壓作用下的彈性屈曲臨界應(yīng)力和屈曲半波長(zhǎng)均與其經(jīng)典解吻合很好,與有限元分析結(jié)果的比較進(jìn)一步驗(yàn)證了理論解的準(zhǔn)確性。利用該理論解對(duì)橢圓截面柱殼的軸壓屈曲性能進(jìn)行參數(shù)分析。第3章基于能量法推導(dǎo)了外壓作用下橢圓截面柱殼彈性屈曲臨界荷載的理論解,推導(dǎo)中引入帶有衰減系數(shù)的位移函數(shù)并利用里茲法求解外壓橢圓柱殼的能量方程。由本文理論解退化得到的圓柱殼在外壓作用下的彈性屈曲臨界荷載與其經(jīng)典解吻合很好,與有限元分析結(jié)果的比較進(jìn)一步驗(yàn)證了理論解的準(zhǔn)確性。利用該理論解對(duì)橢圓截面柱殼的外壓屈曲性能進(jìn)行參數(shù)分析。第4章基于閉口截面薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)的烏曼斯基理論,推導(dǎo)了橢圓截面柱殼在扭矩作用下翹曲位移及正應(yīng)力、剪應(yīng)力的解析解,分別給出了基于數(shù)值積分的精確解以及顯式表達(dá)的近似解。與有限元結(jié)果比較表明,本文精確解與近似解均具有良好的精度。文中還基于等代筒體法,將橢圓截面柱殼的扭轉(zhuǎn)近似解應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)作用下橢圓形平面框筒結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析。第5章對(duì)8個(gè)具有不同橢圓截面比的冷彎?rùn)E圓鋼管短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn),并利用ABAQUS軟件對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行有限元模擬。有限元分析中引入冷彎鋼管殘余應(yīng)力解析解以及以一階彈性屈曲模態(tài)分布的初始幾何缺陷,與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明,本文有限元模型可較為準(zhǔn)確地模擬冷彎?rùn)E圓鋼管在軸壓荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。第6章給出了32個(gè)橢圓截面碳纖維約束混凝土柱的軸壓試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)中考慮了不同的碳纖維厚度和橢圓截面比對(duì)橢圓截面碳纖維約束混凝土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的影響。建立了基于修正損傷塑性模型的有限元分析模型,可考慮橢圓形截面引起的不均勻約束效應(yīng),從而準(zhǔn)確模擬橢圓截面碳纖維約束混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。采用該有限元模型進(jìn)行參數(shù)分析,結(jié)合參數(shù)分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)引入碳纖維體積比得到了橢圓截面碳纖維約束混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)模型。第7章對(duì)14個(gè)具有不同橢圓截面比和混凝土強(qiáng)度的橢圓鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn),初步認(rèn)識(shí)了橢圓鋼管混凝土軸壓短柱的力學(xué)性能和破壞形態(tài)。通過(guò)整理和分析試驗(yàn)結(jié)果,得到橢圓截面比和混凝土強(qiáng)度對(duì)橢圓鋼管混凝土柱軸壓性能的影響。第8章利用ABAQUS軟件對(duì)橢圓鋼管混凝土軸壓短柱進(jìn)行有限元模擬,分析中采用基于修正損傷塑性模型的混凝土材料本構(gòu),其中屈服準(zhǔn)則、硬化法則和損傷因子等參數(shù)均與橢圓鋼管所提供的不均勻約束應(yīng)力相關(guān),不均勻約束應(yīng)力的影響則通過(guò)引入有效約束應(yīng)力來(lái)考慮。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的比較驗(yàn)證了該有限元模型的有效性。第9章在確定橢圓鋼管約束混凝土約束應(yīng)力、極限狀態(tài)以及應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上,給出了橢圓鋼管混凝土軸壓短柱的設(shè)計(jì)模型,可方便地求得橢圓鋼管混凝土軸壓短柱的荷載—位移曲線。利用該設(shè)計(jì)模型,通過(guò)截面分析得到橢圓鋼管混凝土短柱在軸壓、受彎以及偏壓荷載下的正截面承載力。利用截面分析程序以及基于受壓區(qū)混凝土的等效矩形應(yīng)力分布,提出了橢圓鋼管混凝土短柱的承載力設(shè)計(jì)公式。第10章提出了基于截面分析與數(shù)值積分方法的橢圓鋼管混凝土長(zhǎng)柱理論模型,利用該模型對(duì)影響橢圓鋼管混凝土柱臨界長(zhǎng)細(xì)比的因素進(jìn)行了系統(tǒng)的參數(shù)分析,提出了一個(gè)較為準(zhǔn)確且偏于保守的臨界長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算公式。進(jìn)一步建立了基于名義側(cè)移的橢圓鋼管混凝土長(zhǎng)柱的簡(jiǎn)化計(jì)算模型,通過(guò)求解偏壓長(zhǎng)柱荷載一側(cè)向位移曲線可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橢圓鋼管混凝土長(zhǎng)柱的承載力。最后基于名義曲率法,引入荷載偏心率修正系數(shù)和長(zhǎng)細(xì)比修正系數(shù),得到了橢圓鋼管混凝土長(zhǎng)柱正截面承載力的設(shè)計(jì)公式。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張宇;張仲鵬;;類(lèi)橢圓截面吊臂的約束扭轉(zhuǎn)特性研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年03期

2 張文福,趙文艷,鐘善桐,韓林海,詹界東;鋼管混凝土極限壓應(yīng)變的計(jì)算方法[J];黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào);2001年03期

3 劉習(xí)超;查曉雄;;橢圓形鋼管混凝土構(gòu)件性能的研究Ⅰ:軸壓短柱和長(zhǎng)柱[J];建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展;2011年01期

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本文編號(hào)：1671627