考虑约束效应的钢管混凝土柱轴压性能有限元模拟研究开题报告

全文总字数：5139字

1. 研究目的与意义（文献综述）

在现代结构建设中，钢管混凝土柱（concrete-filled steel tubular column，又简写为cfst柱）已经在建筑、桥梁等多个领域中成为结构系统中炙手可热的核心内容。钢管混凝土柱在地震作用下可以提供良好的结构性能，包括高强度、高延展性和极佳的吸能能力。除此之外，由于钢管本身提供了永久的模具以供混凝土浇筑使用，故可以有效减少建筑施工时间。钢管可以作为纵向和横向的加固以提供给混凝土侧向压力，而混凝土则受到了三向应力作用。当混凝土和钢管组成系统时，混凝土同时可以加强钢管，从而避免钢管的内向屈曲。钢管混凝土有着高稳定性以及高强度的优势。作为组合结构，钢管混凝土柱分别受到构成材料性能的影响。混凝土的抗压强度以及钢的屈服强度都会影响整体构件的极限强度。混凝土的侧向压力以及构件的几何特性也会影响构件的极限强度。

近年来，钢管混凝土柱的研究受到了广泛的关注。对于钢管混凝土柱，其设计标准已纳入国内外的设计规范中。而钢管混凝土柱虽然已经运用于实际工程，但其力学性能和破坏机理还有待更深入的研究。在钢管的约束作用下，核心混凝土的强度和变形能力增强；而钢管在内部混凝土的作用下防止发生局部屈曲。然而钢管混凝土构件的轴压性能受到钢管对混凝土约束程度的影响而表现出明显的差异，因此有必要对受到钢管不同约束时钢管混凝土柱的核心混凝土的轴压承载力进行深入研究，对其力学性能和破坏机理作进一步的了解，为工程实践提供科学依据和技术支持。

ehab ellobodya[17]等人，使用了用于承压混凝土和钢管的精确非线性材料模型。评估了柱强度和载荷-轴向缩短曲线。从有限元分析获得的结果与实验结果进行了验证。进行了广泛的参数研究，以研究不同混凝土强度和横截面几何形状对紧凑型钢管混凝土短管柱的强度和性能的影响。而ellobody e[1]等人，研究了销钉端向轴向荷载混凝土包裹的钢复合柱的性能。建立了非线性3-d有限元模型，以分析钢，混凝土，纵向和横向钢筋的非弹性行为，以及混凝土包裹的钢组合柱的混凝土约束效果。还考虑了钢截面和混凝土，纵向和横向钢筋以及钢筋和混凝土之间的界面，从而可以模拟粘结行为，并使不同的组件在柱变形期间保持其轮廓。zhi-bing wang[18]等人则利用大量的实验数据，提出的一个有限元模型，在这篇论文中生成了范围广泛的仿真数据，记录了轴压作用下圆形和矩形钢管混凝土短柱的参数。通过回归分析，提出了简化模型，用以预测复合柱的抗压强度、抗压刚度和与抗压强度相对应的压缩应变（延展性）。在新的强度预测模型的基础上，对钢和混凝土材料的承载力降低因子进行了重新标定，在仅考虑阻力效应的影响下，以达到3.04的可靠性指标为目标。之后还有尧国皇[19]对钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理和承载力进行了研究，建议了复杂受力状态下的承载力计算方法。

2. 研究的基本内容与方案

（1）对国内外已有研究资料进行系统整理、分析和总结

针对国内外发表的钢管混凝土相关论文资料为基础，系统整理和分析钢管混凝土柱的一般受力特性及各部分材料的性能特点，为后续考虑混凝土不同约束效应的钢管混凝土柱轴压性能研究做准备。

（2）建立考虑钢管与混凝土粘结-滑移特性的钢管混凝土短柱精细有限元模型

3. 研究计划与安排

1) 第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解钢管混凝土的相关知识，完成开题报告；

2) 第3-4周学习abaqus软件知识；

3) 第5-8周考虑混凝土不同约束效应对钢管混凝土短柱受压承载力的影响，研究组合短柱的轴心受压承载能力；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] ellobody e, young b. numerical simulation of concrete encased steel composite columns[j]. journal of constructional steel research, 2011, 67(2): 211-222.

[2] 黄维, 钱江, 周知. 考虑混凝土不同约束效应的型钢混凝土柱抗震性能模拟研究[j]. 工程力学, 2016, 5: 020.

[3] ellobody e, young b. nonlinear analysis of concrete-filled steel shs and rhs columns[j]. thin-walled structures, 2006, 44(8): 919-930.