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

【摘要】：近年來,橢圓鋼管作為鋼管結(jié)構(gòu)家族的新成員,以其靈動輕盈的建筑外形和獨特卓越的力學性能,受到越來越多建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。為了深入了解和掌握橢圓截面構(gòu)件的力學性能,進一步推廣該類截面構(gòu)件的工程應(yīng)用,本文通過理論分析、試驗研究以及數(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)計方法進行了較為系統(tǒng)的研究。全文的研究內(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)力和屈曲半波長均與其經(jīng)典解吻合很好,與有限元分析結(jié)果的比較進一步驗證了理論解的準確性。利用該理論解對橢圓截面柱殼的軸壓屈曲性能進行參數(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)果的比較進一步驗證了理論解的準確性。利用該理論解對橢圓截面柱殼的外壓屈曲性能進行參數(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)的簡化分析。第5章對8個具有不同橢圓截面比的冷彎橢圓鋼管短柱進行了軸壓試驗,并利用ABAQUS軟件對試驗試件進行有限元模擬。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,與試驗結(jié)果的比較表明,本文有限元模型可較為準確地模擬冷彎橢圓鋼管在軸壓荷載作用下的力學響應(yīng)。第6章給出了32個橢圓截面碳纖維約束混凝土柱的軸壓試驗結(jié)果,試驗中考慮了不同的碳纖維厚度和橢圓截面比對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行參數(shù)分析,結(jié)合參數(shù)分析結(jié)果和試驗數(shù)據(jù),通過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)變設(shè)計模型。第7章對14個具有不同橢圓截面比和混凝土強度的橢圓鋼管混凝土短柱進行了軸壓試驗,初步認識了橢圓鋼管混凝土軸壓短柱的力學性能和破壞形態(tài)。通過整理和分析試驗結(jié)果,得到橢圓截面比和混凝土強度對橢圓鋼管混凝土柱軸壓性能的影響。第8章利用ABAQUS軟件對橢圓鋼管混凝土軸壓短柱進行有限元模擬,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)力的影響則通過引入有效約束應(yīng)力來考慮。通過與試驗結(jié)果的比較驗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)計模型,通過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柱理論模型,利用該模型對影響橢圓鋼管混凝土柱臨界長細比的因素進行了系統(tǒng)的參數(shù)分析,提出了一個較為準確且偏于保守的臨界長細比計算公式。進一步建立了基于名義側(cè)移的橢圓鋼管混凝土長柱的簡化計算模型,通過求解偏壓長柱荷載一側(cè)向位移曲線可準確預(yù)測橢圓鋼管混凝土長柱的承載力。最后基于名義曲率法,引入荷載偏心率修正系數(shù)和長細比修正系數(shù),得到了橢圓鋼管混凝土長柱正截面承載力的設(shè)計公式。
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【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU398.9

【參考文獻】

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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)變的計算方法[J];黑龍江工程學院學報;2001年03期

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本文編號：1671627