钢管混凝土界面缺陷对承载能力的影响数值模拟研究开题报告

 2022-01-09 21:03:33

全文总字数:4501字

1. 研究目的与意义(文献综述)

钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高,具有优越的抗震性能。

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。

钢管混凝土柱发展至今,已有百年的历史,而在近二十年,随着abaqus等商业软件的发展,钢管混凝土柱的研究也越发引起了土木工程领域方面专家的关注,对于钢管混凝土的研究也产生了大量的实验数据及相关资料。在使用abaqus商业软件的基础上,许多团队提出了对钢管混凝土有限元模型的建立[5、6],同时,为了研究钢管混凝土的受力性能的影响因素,诸多团队建立多组对照模型,来研究来自径厚比(d/t)[14]、截面参数以及形状[9、15]、钢管以及混凝土强度[6、9、15]、钢管混凝土柱约束形式[4、7]等对钢管混凝土柱受力性能的影响。对于钢管混凝土柱的受力,在轴向的受压承载力收到许多专家的关注,许多文献提出并验证了对钢管混凝土柱极限承载力的计算公式[1、12]。尽管对于钢管混凝土的受力性能有以上较多的研究,但是在实际情况下,钢管混凝土柱由于各种环境因素以及施工条件影响,会产生界面缺陷,导致承载力在缺陷的作用下被削减,对于这一情况,许多专家也进行了研究。钢管混凝土界面缺陷一般指的是脱空缺陷,因此就有脱空率对极限承载力影响的相关实验研究[16-20],或将脱空率这一数值转换为轴向脱空长度,径向脱空厚度以及环向脱空角度等独立进行实验分析[2、3、18],在此基础上,结合实验数据和数值模拟结果提出脱空缺陷影响下的极限承载力计算公式[2、3、16、19、20]

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2. 研究的基本内容与方案

1) 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,为后续分析钢管混凝土界面缺陷对承载能力的影响做准备。

2) 2.建立有界面缺陷的钢管混凝土柱精细有限元模型

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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,了解钢管混凝土柱及其界面缺陷对其影响的相关知识,完成开题报告;

2) 第3-4周深化学习abaqus软件知识;

3) 第5-8周完成有界面缺陷钢管混凝土柱的精细有限元模型的建立,并进行验证;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 尧国皇.钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[d].福州大学,2006.

[2] 卢进.钢管混凝土界面缺陷条件下的力学性能研究[d].湖南大学,2018

[3] 卢进,秦鹏.界面缺陷钢管混凝土轴压极限承载力理论推导[j].铁道科学与工程学报,2018,15(9):2316-2326

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