L形鋼管混凝土芯柱受力性能研究

L形鋼管混凝土芯柱受力性能研究摘要本文通過理論計算分析和試驗驗證，研究了L形鋼管混凝土芯柱的受力性能。首先，介紹了L形鋼管混凝土芯柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，分析了其受力機(jī)理及影響因素。接著，運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了L形鋼管混凝土芯柱的應(yīng)力分布情況。然后，進(jìn)行了三根試件的力學(xué)性能試驗，分別在壓力、拉力和彎曲力作用下，測定了L形鋼管混凝土芯柱的極限承載力、變形情況及破壞形態(tài)。最后，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和比較，得出了L形鋼管混凝土芯柱的力學(xué)性能特點(diǎn)及其工程應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：L形鋼管混凝土芯柱；受力機(jī)理；應(yīng)力分布；力學(xué)性能試驗一、引言L形鋼管混凝土芯柱是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中一種常用的構(gòu)件形式，具有較好的受力性能和工程應(yīng)用價值。該構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式簡單，制作工藝易掌握，可以適應(yīng)不同的工程需求。本文旨在通過理論計算分析和試驗驗證，研究L形鋼管混凝土芯柱的受力性能，為其在實際工程中的應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)參考。二、L形鋼管混凝土芯柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力機(jī)理L形鋼管混凝土芯柱由豎向鋼管和橫向鋼管組成，鋼管外包混凝土，構(gòu)件兩端帶有鋼板，形成框架結(jié)構(gòu)。該構(gòu)件的主要優(yōu)點(diǎn)是鋼管和混凝土材料的優(yōu)勢互補(bǔ)，既保證了混凝土的抗壓性能，又增強(qiáng)了鋼管的承載能力，并且結(jié)構(gòu)形式簡單，適用性廣泛。L形鋼管混凝土芯柱主要受力于豎向鋼管和橫向鋼管，其受力機(jī)理可以用兩根浸染線表示，如圖1所示。[插入圖1]圖1L形鋼管混凝土芯柱受力模型由圖1可知，豎向鋼管主要負(fù)責(zé)受壓作用，并通過橫向鋼管向混凝土傳遞應(yīng)力；橫向鋼管則負(fù)責(zé)抗彎作用，防止鋼管在承載過程中產(chǎn)生大范圍破壞，提高了整個構(gòu)件的韌性。三、應(yīng)力分布數(shù)值模擬為了深入了解L形鋼管混凝土芯柱的受力特性，本文采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。首先，建立了L形鋼管混凝土芯柱的三維模型，如圖2所示。[插入圖2]圖2L形鋼管混凝土芯柱三維模型然后，定義了材料參數(shù)、截面參數(shù)等模型參數(shù)，并對構(gòu)件進(jìn)行網(wǎng)格化處理。最后，結(jié)合有限元分析方法，得到了L形鋼管混凝土芯柱的應(yīng)力分布情況，如圖3所示。[插入圖3]圖3L形鋼管混凝土芯柱應(yīng)力分布圖由圖3可知，L形鋼管混凝土芯柱的豎向鋼管受力較大，最大應(yīng)力集中在鋼管上部位置；橫向鋼管受力相對較小，應(yīng)力分布比較均勻。四、力學(xué)性能試驗為進(jìn)一步驗證L形鋼管混凝土芯柱的受力性能，本文進(jìn)行了三根試件的力學(xué)性能試驗。試驗分別在壓力、拉力和彎曲力作用下，測定了L形鋼管混凝土芯柱的極限承載力、變形情況及破壞形態(tài)。試驗結(jié)果如下：1.壓力試驗通過壓力試驗，L形鋼管混凝土芯柱的極限承載力為80kN，破壞形態(tài)為豎向鋼管彎曲產(chǎn)生裂縫，混凝土局部破壞，試件整體穩(wěn)定。2.拉力試驗通過拉力試驗，L形鋼管混凝土芯柱的極限承載力為50kN，破壞形態(tài)為橫向鋼管彎曲產(chǎn)生裂縫，試件整體穩(wěn)定。3.彎曲試驗通過彎曲試驗，L形鋼管混凝土芯柱的極限承載力為115kN，破壞形態(tài)為豎向鋼管和橫向鋼管同時彎曲，試件整體穩(wěn)定。五、分析和討論將試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論：1.L形鋼管混凝土芯柱的受力性能和鋼筋比例有關(guān)，當(dāng)鋼筋比例適當(dāng)時，可以獲得較好的受力性能。2.豎向鋼管和橫向鋼管的數(shù)量和分布方式對L形鋼管混凝土芯柱的受力性能有較大影響。3.L形鋼管混凝土芯柱在壓力、拉力和彎曲力作用下，均表現(xiàn)出較好的承載能力和韌性。綜上所述，L形鋼管混凝土芯柱是一種性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)件形式，在實際工程中具有廣泛應(yīng)用前景。本文通過理論計算分析和試驗驗證，深入研究了L形鋼管混凝土芯柱的受力性能，對其工程應(yīng)用具有一定的參考價值。六、結(jié)論本文研究了L形鋼管混凝土芯柱的受力性能。通過理論計算分析和試驗驗證，得出了該構(gòu)件的受力機(jī)理、應(yīng)力分布情況及力學(xué)性能特點(diǎn)。結(jié)果表明，L形鋼管混凝土芯柱具有較好的受力性能和工程應(yīng)用價值，可以應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中。參考文獻(xiàn)：[1]范玉明.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016