T形多腔钢管混凝土异形柱力学性能有限元分析

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钢管混凝土组合异形柱作为一种新型的柱结构形式,由于其充分发挥钢管与混凝土的优势性能,受到广大学者们的青睐。异形柱可以包裹在墙体内,使房间的使用空间增加,房间的舒适度和美感上也得到大幅度提高,其构造形式大致有三类,钢筋混凝土异形柱、型钢混凝土异形柱以及钢管混凝土异形柱。T形柱作为整个结构体系中必不可少的一部分,因此研究一种高强性能的T形柱至关重要,本文提出一种新型组合钢管混凝土异形柱—T形多腔钢管混凝土异形柱,该组合异形柱构件由方钢管与U形钢板焊接成T形多腔截面,并在截面腔内填混凝土而成。利用ABAQUS软件建立T形多腔钢管混凝土异形柱有限元模型,对7个组合异形柱构件进行轴压性能数值分析,考虑高宽比、用钢率、材料属性等因素对构件轴压性能的影响。随着用钢率的提升,异形柱的轴压承载力以及刚度也随之提高,相反的,延性出现下降。与用钢率相比,混凝土的的强度等级对轴压承载力的影响更为明显。对3个T形多腔钢管混凝土组合异形柱构件进行压弯性能数值分析,单向压弯试件的破坏是弯曲破坏,破坏的位置发生在试件的中部,钢材的应力云图呈现出对称分布,钢材中部呈现了显著的鼓胀、压溃的状态,这主要是由于内部受压区混凝土已超过应力极限状态,混凝土被压碎,导致了钢材中部的拢起和膨胀。对12个组合异形柱构件进行抗震性能数值分析,考虑不同的加载方式、混凝土强度、钢材厚度以及高宽比等因素对异形柱构件抗震性能的影响,并研究构件的受力全过程以及工作机理,混凝土的强度、钢材的厚度以及轴压比等均为影响T形多腔钢管混凝土异形柱承载力的主要因素,并且T形多腔钢管混凝土异形柱具有良好的承载能力以及延性性能。对12个T形多腔钢管混凝土异形柱进行水平往复荷载作用下的抗震性能有限元分析。表明上述参数变化均对组合异形柱构件抗震性能有一定程度的影响,参数高宽比和钢板厚度的变化对其影响尤为明显。最后,在综合考虑T形多腔钢管混凝土异形柱构件承载力、经济性等因素的前提下,给出相关参数的合理取值。
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