高强钢管混凝土(HSCFST)抛物线拱的稳定性研究

基本信息
批准号:51878188
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:刘爱荣
学科分类:
依托单位:广州大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:皮永林,陈炳聪,卢汉文,杨智诚,钟子林,张紫祥,高仲康,钟丽聪,宋小春
关键词:
高强钢管混凝土稳定性弹塑性解析解
结项摘要

With the development of technology of material manufacture and construction, it is an inevitable trend that high strength steel tube filled with concrete(HSCFST) to be applicated widely owning to its many advantages. But because of their large slenderness ratio and the major compressive action, instability becomes the most important factor for the design of HSCFST arches. However, comprehensive studies of the instability and strength design do not appear to be reported in public. In this project, a series of investigations on the instability and strength of HSCFST parabolic arches are carried out using the methods of theoretical derivation, finite element simulation and experimental investigations. (1) Since the in-focus distance of the parabola is a constant and the eccentricity of the parabola is equal to 1, the equilibrium differential equation with instability constant coefficients of a parabolic arch is established and both the in-plane and out-of-plane buckling critical loads of parabolic arch are derived. (2) Considering effects of creep of the core concrete, the analytic solutions for out-of-plane buckling critical loads of HSCFST arches are derived by using the principle of virtual work. The analytic solutions and simplified formulas are verified by the viscoelastic finite element results (3) Based on a large number of nonlinear elastic-plastic finite element results in association with the experimental results and analytical solutions, under the action of uniform compression, central force and combination of loads, simplified calculation formulas for in-plane and out-of-plane stability coefficients are proposed ,design formulas for bearing capacities of HSCFST arches accounting for the effects of creep of the core concrete are developed. Using the design formulas, the influences of creep of the core concrete and various other design parameters on instability and strength of HSCFST arches are analyzed and the disaster mechanism owing to instability failure of HSCFST arches is revealed. The achievements of this project will provide comprehensive and deep understanding of instability and strength of HSCFST arches including the influences of creep of the core concrete, and provide effective and efficient design and calculation methods.

随着材料制备和施工技术的发展,高强钢管混凝土(HSCFST)以其众多优势,广泛应用成为必然趋势。HSCFST拱长细比大,且以受压为主,稳定性问题是控制设计的主要因素,但目前并未见相关研究公开报道。本项目以HSCFST抛物线拱为研究对象,采用理论推导、有限元数值模拟和模型试验研究方法,展开以下系列研究:(1)从抛物线线型焦准距恒定为常数和离心率恒定为1的特性出发,建立HSCFST抛物线拱失稳常系数平衡微分方程,推导抛物线拱面内外弹性失稳临界荷载,给出临界荷载与修正长细比的简化计算公式;(2)考虑徐变效应,采用虚功原理推导HSCFST抛物线拱面外弹性失稳临界荷载,分析徐变对HSCFST拱稳定性影响;(3)提出均布荷载、集中力以及各种荷载组合下HSCFST抛物线面内、外非弹性稳定系数简化计算公式,以及对应的弹塑性稳定承载能力设计公式,揭示HSCFST抛物线拱面内外失稳机理。

项目摘要

随着高性能材料的不断涌现以及轻质大跨结构的需求日益增加,高强钢管混凝土(HSCFST)结构越来越受欢迎,然而对HSCFST拱的研究却很少见,其力学特性尚不明确。基于此需求本项目以HSCFST抛物线拱为研究对象,采用理论推导、有限元数值模拟和模型试验研究方法,展开了系统研究。首先,从抛物线线型焦准距恒定为常数和离心率恒定为1的特性出发,建立了HSCFST抛物线拱失稳常系数平衡微分方程,推导了抛物线拱面内外弹性失稳临界荷载解析解,给出临界荷载的简化计算公式。采用虚功原理推导了HSCFST抛物线拱在长期效应下的面外弹性失稳临界荷载,揭示了徐变系数对HSCFST拱面外失稳的影响规律。完成了15组HSCFST 拱的模型试验,系统研究了其承载能力、失稳模态、延性系数和约束效应。最终,提出了均布荷载、集中力以及各种荷载组合下HSCFST抛物线弹塑性稳定系数简化计算公式和承载能力设计公式,揭示了HSCFS拱面内外失稳的机理,为HSCFST拱的设计提供了指引。.本项目已取得如下成果:(1)以第一作者和通讯作者在《Thinwall Structures》、《Engineering Structures》、《Journal of Engineering Mechanics-ASCE》、《Thin-walled Structures》、《Composite Structures》等国际著名期刊发表论文19篇,在《工程力学》、《建筑结构学报》等中文EI期刊发表论文4篇;(2)获得专利授权7件;(3)培养博士研究生3名,均毕业获得博士学位;培养硕士研究生2名,均获硕士学位。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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