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钢管混凝土就是钢-混凝土组合结构中的一种结构形式,是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。近几十年来,钢管混凝土结构已经广泛的应用到工业民用建筑,尤其是在高层建筑和公路桥梁中得到了广泛的推广应用,为了适应时代的发展和社会的需要,对钢管混凝土进行理论研究是有十分重要的意义。 应用弹性力学原理对钢管混凝土轴心受压柱的力学性能的理论分析,尤其是钢管混凝土柱的应力和位移方面的研究,推导出钢管混凝土柱在轴心受压下的紧箍力和钢管的径向位移以及径向位移跟截面的大小和荷载的关系;在钢管混凝土轴心受压柱的承载能力也进行了理论分析,并用同截面同含钢率的条件下的钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的极限承载力进行实例对比。 利用ANSYS分析软件对钢管混凝土轴心受压柱进行非线性有限元分析,从ANSYS模拟试验的角度来分析钢管混凝土的力学性能,内容包括对问题进行有限元模型的建立、施加约束条件和荷载、进行收敛准则的设置并进行求解和最后提取、分析等等步骤。为了和钢管混凝土柱的性能进行对比,本文对同截面、同含钢量的钢筋混凝土柱也做了ANSYS非线性有限元分析。通过6组ANSYS试验分析,得出钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的ANSYS分析结果,分析两种结构的力学性能差异并结合理论对结构进行对比分析。 利用方便、计算功能强大的MATLAB语言编制优化设计程序对钢管混凝土柱进行优化设计研究。在大多数实际结构设计和构件分析中,往往只是利用工程力学来分析结构的性能,忽略了结构的优化设计。本文在进行钢管混凝土柱力学分析的同时,也进行其优化设计的研究。本文优化算法是有约束的优化问题的复合形法,以构件的造价为目标函数,利用MATLAB程序语言对钢管混凝土单肢柱进行优化设计研究。对在满足设计要求和规范要求的前提下,对有侧移和无侧移钢管混凝土单肢柱进行MATLAB优化设计程序研究。同时,本文还利用MATLAB的GUI对象设计工具,对钢管混凝土单肢柱进行优化程序设计分析,该程序会自动判断结构类型并对其进行优化设计分析,得出钢管混凝土柱各种组合下的优化设计结果和最终设计。