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学位论文

带缺陷方钢管混凝土短柱
受压承载力研究

李雪强

指导教师姓名: 赵欣副教授河北工业大学
申请学位级别:硕士学科、专业名称: 结构工程
论文提交日期: 2011 年 11 月论文答辩日期: 2011 年 12 月
学位授予单位: 河北工业大学

答辩委员会主席:
评阅人:

2011 年 11 月
Dissertation Submitted to
Hebei University of Technology
for
The Master Degree of
Structural Engineering

THE STUDY OF BEARING CAPACITY OF CONCRETE

FILLED SQUARE STEELTUBULAR SHORT

COLUME WITH DEFECT

By

Li Xueqiang

Supervisor: . Zhao Xin

November 2011
河北工业大学硕士学位论文

带缺陷方钢管混凝土短柱受压承载力研究

摘要

钢管混凝土结构具有承载力高、塑性和韧性好、抗震能力强、施工和制作方便等优点,广泛地应用
于高层、超高层、桥梁和大跨度空间等建筑物的受力体系中。同钢管桩结构相比较,由于钢管内部浇灌
了混凝土使得钢管的局部稳定性能得到增强,同时混凝土也承受了很大的轴向力作用,从而节省了钢材
的使用量,而混凝土同钢材相比在价格方面便宜的多,因此钢管混凝土具有良好的经济效益和建筑效益,
是结构工程学科发展的一个重要方向。但是钢管混凝土在施工中,有时会因管理不善、施工原因及钢管
混凝土构件受混凝土材料自身特性和施工工艺等影响,使混凝土材料存在孔洞、施工缝、疏松、蜂窝、
离析、不均匀以及混凝土与钢管之间胶结不良等缺陷,从而不同程度地削弱钢管混凝土构件的力学性能
和整体性能,直接影响其承载能力,降低结构的质量,存在严重安全隐患,为了研究施工缺陷对钢管混
凝土造成的直接影响,以评估其实际承载力及安全性能,开展钢管混凝土内部缺陷研究意义重大。目前
国内外学者对于钢管混凝土研究主要是基于核心混凝土的质量良好状态下进行的,部分学者研究了带有
脱空现象的钢管混凝土构件的工作性能。本文以核心混凝土在浇筑过程中容易产生的较大质量缺陷孔洞
为分析对象,研究有孔洞缺陷存在的情况下钢管混凝土短柱受力性能的变化,以期对钢管混凝土结构的
设计和施工提供指导意义。具体的工作有以下几个方面:
(1)无缺陷钢管混凝土短柱有限元分析
利用有限元分析软件在考虑材料非线性问题的同时也考虑几何非线性问题,选取有代
表性的轴压钢管混凝土短柱结构试验,经过大量试算,划分合理的网格,建立有限元模型对方形钢管混
凝土短柱进行三维非线性有限元分析,将有限元分析的结果同试验结果进行对比分析,验证所建模型的
正确性。
(2)有孔洞缺陷的钢管混凝土短柱有限元分析
以核心混凝土孔洞缺陷为类型,在核心混凝土的中间位置、角部位置以及边中部位置均设置了不同
大小的孔洞缺陷,采用与完好钢管混凝土短柱模型相同的边界及加载条件,利用有限元对不同大小孔洞
缺陷的钢管混凝土短柱建模进行受力性能分析,得到了钢管混凝土短柱的极限承载力、荷载-应变关系、
荷载-位移关系曲线以及极限承载力-孔洞率关系曲线,通过与无缺陷的钢管混凝土短柱模型进行对比,
从而定量的得出混凝土孔洞缺陷对钢管混凝土短柱的影响,经过对不同大小孔洞缺陷模型的分析,揭示
内部破坏机理以及对极限承载力的影响。
(3)介绍了钢管混凝土常用的浇筑方式、缺陷检测方法、质量保证措施。

关键词:方钢管混凝土柱,轴压承载力,核心混凝土缺陷,极限承载力
i
带缺陷方钢管混凝土短柱受压承载力研究

STUDY ON BEARING CAPACITY OF
CONCRETE-FILLED SQUARE STEEL
TUBULAR SHORT COLUME
WITH DEFECT

ABSTRACT

Concrete-filled steel tube structure is characterristic of good bearing capacity,anti-seismi