钢管微膨胀超高性能混凝土短柱力学性能模拟研究开题报告

 2020-02-10 10:02

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。超高性能混凝土相比于普通混凝土而言,最大的优势在于抗压强度高,因此,其用于结构中主要的抗压构件,尤其是柱体,可以进一步减小柱体的大小,增加使用空间。由于高性能混凝土材料本身是脆性材料,强度越高,延性越差,具有早起水化快、自干燥程度高、自收缩大的特点,带来早期的稳定性差、易开裂等问题。因为内部核心混凝土自收缩大的特性,极易出现脱粘等现象,所得到的力学结果不普适性有待进一步研究。因此,使内部核心混凝土产生自应力,达到微膨胀的效果,以解决自收缩大带来的脱粘问题。目前对普通钢管混凝土柱的研究已经比较充分,但对钢管微膨胀超高性能混凝土柱的研究仍有不足,有待通过更多的实验数据和深入的研究分析,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。

本课题的目标是对钢管微膨胀超高性能混凝土短柱的受压性能进行研究。通过abaqus有限元软件建立钢管微膨胀超高性能混凝土的精细有限元模型,并通过与相关实验的对比验证其准确性,利用有限元模型对钢管微膨胀超高性能混凝土构件抗压承载力的影响因素进行讨论,最后结合中国、欧洲、美国以及日本的设计规范或标准,对钢管微膨胀超高性能混凝土短柱构件抗压承载力计算公式提出修改建议。

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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

以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,为后续钢管微膨胀超高性能混凝土柱研究做准备。

2)建立钢管微膨胀超高性能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,了解钢管微膨胀超高性能混凝土柱的相关知识,完成开题报告;

2) 第3-4周深化学习abaqus软件知识;

3) 第5-8周完成钢管微膨胀超高性能混凝土柱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] schneiders p. axially loaded concrete-filled steel tubes[j]. journal of structural engineering, 1998, 124(10): 1125-1138.

[2] huang c s, yehy k, liu g y, et al. axial load behavior of stiffened concrete-filled steelcolumns[j]. journal of structural engineering, 2002, 128(9): 1222-1230.

[3] sakino k, nakahara h, morino s, etal. behavior of centrally loaded concrete-filled steel-tube short columns[j].journal of structural engineering, 2004, 130(2): 180-188.

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