不同荷载作用下矩形和圆形钢管混凝土柱力学性能参数化研究

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钢管混凝土柱具有性能高、承载力强、延性好等优点,可用于超高层建筑,节省建筑空间。本文采用集中荷载、偏心荷载和循环荷载对矩形和圆形钢管混凝土柱进行了非线性分析,采用理论与数值分析方法,通过改变影响矩形与圆形钢管混凝土柱基本力学性质的重要参数,来预测结构在不同压缩荷载作用下的破坏机制,同时比较了两种柱体的承载性能。本文提出了使用Abaqus 6.13和OPEENSEES 3.0.3仿真软件开发的非线性有限元数值模型的新系统。钢管混凝土柱的承载能力取决于不同的参数,如深度/钢管厚度比(D/T)比、钢种、混凝土等级、轴压比、长细比(Leff/R)、钢管厚度等.随着柱长比的减小,矩形钢管混凝土柱的轴向承载力增大。矩形钢管混凝土柱的轴向承载力随着钢管厚度的增加而增加,但不增加柱的整体直径。钢管厚度变化2 mm时,钢管混凝土柱的极限承载力提高15~22%,随着矩形钢管混凝土柱轴压比的增大,柱的极限荷载减小。随着柱轴压比增大至0.4~0.6,钢管混凝土柱的抗剪强度迅速下降,导致柱轴破坏。圆钢管混凝土柱在同心荷载作用下,当深厚比由15增加到37.5时,柱的承载力下降了66.9%。当D/t比从15增加到25时,在循环荷载作用下,柱的极限循环荷载降低了131.58%。轴向力比从0.30增加到0.50,CFST柱的横向承载能力降低了43.95%。当将色谱柱的细长比从11.4提高到45.7时,细长柱的最终循环侧向载荷将降低86.6%。通过改变钢级,钢管混凝土柱的极限轴向承载能力随钢屈服强度的增加而增加。在同心荷载作用下,随着钢的屈服强度从235MPa提高到425MPa,柱的承载力提高了24.4%通过将钢的屈服强度从235 MPa提高到420 MPa,柱的最大循环侧向荷载增加44.87%。随着钢号的增加,变形量减小了18.20%。圆形钢管混凝土柱的极限承载力随着混凝土抗压强度的增加而增大。对于同心受压柱,混凝土抗压强度由30Mpa提高到70 MPa,极限承载力提高53.4%;对于循环受压柱,混凝土抗压强度由30MPa提高到70MPa,极限循环侧向强度提高29.88%。随着混凝土标号的增加,变形量减少了10-15%。结果表明,在该参数研究中,RCFST在同心和偏心荷载作用下的极限轴向承载力随D/T的增大而增大;柱的长细比越小,承载力越大随着钢管混凝土柱轴压比的增加,钢管混凝土柱的极限承载力减小。当圆钢管混凝土柱在同心和循环荷载作用下,随着钢号、混凝土号和D/t比的增加,其抗侧强度增加,随着长细比的增加,侧向承载力降低随着钢管混凝土柱轴压比的增大,钢管混凝土柱的侧向承载力减小。长厚比(L/t)对钢管混凝土柱的性能也起着至关重要的作用。较大(L/T)的柱轴向承载能力较小。
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