鋼管混凝土柱的非線性剪扭複合效應研究

《鋼管混凝土柱的非線性剪扭複合效應研究》是依託重慶大學，由王宇航擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋼管混凝土柱的非線性剪扭複合效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王宇航
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

鋼管混凝土柱是在鋼管內填充混凝土所形成的鋼-混凝土組合構件，由於其力學性能優越，在我國城市立交橋、高架橋和高速公路、鐵路高架橋中的套用日益增多。在地震作用下，空間布置複雜的梁式橋中剪跨比較小的墩柱由於處於壓-彎-剪-扭非線性複合受力狀態，其震害嚴重且修復困難，嚴重影響震後救援工作。目前關於非線性剪下和扭轉複合效應對鋼管混凝土柱力學性能的影響研究較少，相關分析理論和設計方法尚需完善。針對上述問題，本項目擬開展鋼管混凝土柱在軸力-彎矩-剪力-扭矩複合受荷狀態下的擬靜力試驗，研究其破壞機制和滯回特性，並結合試驗結果和理論推導，建立可同時考慮非線性剪下和非線性扭轉效應的鋼管混凝土非線性桿系模型，然後採用開發的模型對空間布置複雜的鋼-混凝土組合結構梁式橋體系進行抗震分析和初步評價。本項目研究成果將有助於完善鋼管混凝土的非線性受力機理研究和分析模型。

結題摘要

為研究鋼管混凝土柱在彎剪扭複合受力作用下的力學性能和破壞模式，本文進行了以下工作： ①開展了10個鋼管混凝土柱在純扭、彎剪和彎剪扭荷載作用下的擬靜力往復載入及單調載入試驗，得到了鋼管混凝土柱在純扭往復荷載及單調荷載作用下的荷載-變形曲線和鋼管應變分布規律，鋼管混凝土柱在彎剪及彎剪扭單調載入時的荷載-變形曲線和鋼管應變分布規律，以及鋼管混凝土柱在純扭、彎剪和彎剪扭荷載作用下的破壞模式。試驗結果表明，鋼管混凝土柱在彎剪扭荷載下具有良好的承載能力和塑性性能，破壞模式取決於彎扭比和剪跨比，在彎剪及彎剪扭複合受力下，截面的軸向變形基本滿足“平截面假定”，鋼管混凝土柱在往復純扭荷載作用下的骨架曲線與單調純扭載入曲線基本重合。 ②採用通用有限元程式ABAQUS進行了鋼管混凝土柱的精細有限元建模及計算分析。在建模過程中重點探討了材料的本構關係模型，然後將限元計算得到的荷載-變形曲線與試驗得到的荷載-變形曲線進行比較，驗證了有限元模型的準確性，為後面參數分析提供依據。 ③通過進行大量有限元參數分析，考慮鋼材屈服強度、混凝土強度、截面尺寸等因素對鋼管混凝土柱的抗扭、抗彎、抗剪承載力的影響規律，得到了鋼管混凝土柱的在純扭、純彎、純剪荷載作用下的荷載-位移曲線和應力應變分布規律，並通過回歸分析得到鋼管混凝土柱的純扭、純彎、純剪承載力和剛度的簡化計算公式。在鋼管混凝土柱抗扭承載力計算中考慮了鋼管混凝土柱的長徑比對抗扭承載力的影響。 ④在大量有限元計算結果的基礎上，研究了鋼管混凝土柱在彎剪扭複合受力下的承載力相關關係，得到了考慮剪跨比影響的鋼管混凝土柱的彎剪扭承載力相關方程。