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鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有抗壓承載力高、塑性和韌性好、耐火性能較好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，可提供極好的抗震性能。另外，在施工階段省去了支模和拆模的工序，因而施工方便，施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益好，具有廣闊的發(fā)展前景。在近幾十年來(lái)鋼管混凝土發(fā)展迅速，在工業(yè)廠房、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果。
鋼管混凝土同時(shí)具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)，并利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中的相互作用，增強(qiáng)了整個(gè)鋼管混凝土柱的延性和承載力。此外，鋼管混凝土的極限承載受多方而因素的影響，如混凝土受到的約束力以及鋼管的幾何屬性等，下面對(duì)其進(jìn)行有限元分析。
本研究以鋼管混凝土柱為研究對(duì)象，簡(jiǎn)單概述了鋼管混凝土軸壓性能理論方法，并采用非線性有限元程序ABAQUS，對(duì)4根軸心受壓下的鋼管混凝土柱進(jìn)行有限元分析，得到了各柱的荷載一應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線，與相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證所建立有限元模型的正確性。
鋼管混凝土軸壓短柱受力性能理論分析可分為極限分析和全過(guò)程分析。
在極限分析中，代表性的理論有極限平衡理論，即不管加載歷史和變形過(guò)程，直接根據(jù)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)時(shí)的平衡條件計(jì)算出極限狀態(tài)的最大荷載值。蘇聯(lián)學(xué)者格沃茲杰夫教授是第一個(gè)用極限平衡法求解鋼管混凝土軸心受壓短柱極限承載能力的學(xué)者，我國(guó)也做了大量研究工作。
全過(guò)程分析法，采用的理論分析方法可分為縱向纖維模型法、合成法和有限元法。縱向纖維模型法，即給定鋼材和核心混凝土的軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式來(lái)代替真實(shí)的鋼管混凝土三向受力狀態(tài)，直接按相同縱向應(yīng)變的應(yīng)力疊加得到鋼管混凝土軸壓短柱的荷載-應(yīng)變?nèi)�，回避了鋼管混凝土之間的作用機(jī)理。
合成法，即通過(guò)對(duì)鋼管混凝土軸壓短柱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，由鋼材的本構(gòu)模型扣除其承載力，剩余即為核心混凝土的承載力，通過(guò)大量試驗(yàn)結(jié)果的運(yùn)算，由此擬合得到核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系；然后利用鋼材的彈塑性本構(gòu)模型和混凝土的非線性彈性本構(gòu)模型，按內(nèi)外力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件迭代求解。但合成法也無(wú)法合理解釋加載過(guò)程中鋼管和核心混凝土受力變化情況，不易揭示鋼管混凝土受力機(jī)理，在效果上與縱向纖維模型法一致。
有限元法，鋼材采用實(shí)體元或殼單元，Von-Mises彈塑性本構(gòu)模型，混凝土一般都采用三維實(shí)體元，對(duì)混凝土本構(gòu)模型編寫程序或采用大型有限元非線性程序中確定的混凝土本構(gòu)模型。有限元模型力學(xué)概念清晰，求解精度較高，并隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，愈來(lái)愈顯示出強(qiáng)大的生命力。但三維實(shí)體有限元分析往往具有龐大的自由度，需要進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算。
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