答辩陈述在线视频

大家上午好

土木工程系博士生安钰丰同学的

博士论文答辩会 现在开始

我是作为这个土木工程

学位评审分委员会委员

来出席这个答辩会

我先代表土木工程学位分委会

宣布一下这个答辩委员会的组成

主席 清华大学土木系宋二祥教授

就是我本人

我的主要研究领域是

岩土地学

地下工程 数值分析

委员有清华大学土木系

马智亮教授

他的主要研究领域

是土木工程CAD技术

钟宏志教授

也是清华大学土木系的

他的主要研究领域是计算力学

还有中国建筑科学研究院

肖从真研究员

就是这位

他主要搞高层建筑结构设计

在这个高层建筑结构方面

很有研究

再就是北京市建筑设计研究院

有限公司杨蔚彪教授以及高工

就是这位

他的主要研究领域

也是高层建筑结构设计

本系的冯鹏教授

他的主要研究混凝土

及组合结构

还有这个韩林海教授

也是本系的

主要研究钢与混凝土组合结构

他也是今天这个答辩人

安钰丰同学的导师

秘书由土木系

结构工程专业的

博士后叶勇

助理研究员担任

这是答辩委员会组成

整个答辩委的程序

我简要说一下

一会儿首先由秘书

简要介绍答辩人的情况

然后答辩人介绍

学位论文的主要内容

时间掌握在大约45分钟

然后委员以及参加答辩的

其他老师 同学可以提问

对他这个答辩的内容

感觉有什么不清楚的

或者有什么不同的看法

可以提问 讨论

全部问题回答之后呢

答辩会暂时休会

由答辩委员会开内部会议

对这个学位论文的质量

答辩的情况进行评价 做出决议

之后呢 答辩会复会

由答辩委员的主席

宣布表决结果及决议

最后就是合影留念

整个答辩会就结束

下边我们就按这个程序来进行

首先由答辩委员会的秘书

介绍答辩人的基本情况

安钰丰简介

安钰丰1987年6月10日

出生于河北省唐山市

2006年9月考入清华大学

土木工程系

2010年7月本科毕业

并获得工学学士学位

2010年9月免试进入清华大学

土木工程系

供读土木工程专业

博士学位至今天

安钰丰同学攻读博士学位期间今

学习成绩优良

发表各类学术论文11篇

其中包含7篇SCI的

国际期刊论文8篇

EI论文1篇

国际会议1篇

安钰丰同学的博士学位论文题目是

《方形钢管混凝土叠合压弯构件

力学性能和设计方法研究》

好 接下来请安钰丰同学

报告论文主要内容

尊敬的各位老师 同学

大家好

我叫安钰丰

我的导师是韩林海教授

很高兴在这里向大家汇报一下

我的博士论文情况

我的博士论文题目是

《方形钢管混凝土叠合压弯构件

力学性能和设计方法研究》

那么汇报呢

从以下六个方面进行

首先是课题的研究背景和意义

钢管混凝土叠合结构呢

由钢管混凝土部件

和钢筋混凝土部件叠合而成

那么本论文所涉及了

两类叠合构件

分别为由钢管混凝土为核心

外围包裹钢筋混凝土

文中称为

钢管混凝土叠合构件

另外一类为以空心钢铁混凝土的

角部植入钢管混凝土

那么形成

空心钢管混凝土叠合构件

那么叠合构件

能够适应现代结构的需求

满足抗灾和耐久性的要求

那么多种约束混凝土

多种钢与混凝土相互的作用

以及部件之间的内力分配

是它的这个重要的结构特征

具体说来

针对钢管混凝土叠合结构

那么它具有承载力高 延性好

防火和防护性能优越的这个特点

那么高强混凝土

以及高强薄壁钢管

能够应用其中

目前

在高层工业厂房 会展中心等

结构领域得到了应用了

取得了良好的建筑和经济效果

空心钢筋混凝土构件

由于自重轻

抗弯和抗扭 刚度大的特点

那么目前在桥墩当中

得到了广泛的应用

在其角部植入这个

钢管混凝土之后呢

便形成了这个

空心钢管混凝土叠合结构

那么该构件

最早应用于这个拱桥当中

那么如果将其应于

这个应用更广泛的

那个桥墩当中

将会预期得到更高的

这个承载力和刚度

那么能够在高度上有所突破

并且抗震性能

比较好能够适用于

这个高裂度地区

因此本文轮的研究对象为

方形钢管混凝土叠合构件

那么也就是说截面为方形的

这个叠合构件

具体包括两类构件

及钢管混凝土叠合构件

以及空心钢管混凝土叠合构件

那么二者之间的

这个研究关系为

研究钢管混凝土叠合构件的

这个有限元模型、分析方法

和这个设计方法能够为研究

空心钢管混凝土叠合构件

提供坚实的基础

本文的研究目标为

两类叠合压弯构件的

力学性能和设计方法

那么针对叠合构件的特点

总结了钢管混凝土

钢管混凝土叠合构件

钢管混凝土剪力墙

空心钢筋混凝土

空心钢筋混凝土

钢管混凝土叠合构件的

这个研究现状

那么总结目前的研究呢

针对钢管混凝土叠合构件

那么试验研究呢

相对比较充分

但是缺少了这个

合理的有限元模型

和受力机理剖析

那么设计方法呢

有待进一步改进

这是需要有待研究的部分

针对空心钢管混凝土叠合构件呢

这个缺少必要的压弯的试验研究

那么缺少合理的

有限元模型和机理剖析

那么设计方法

有待进一步的改进

那么针对目前的研究现状呢

我们提炼出了

以下的关键问题

以及研究难点

首先是针对

空心钢管混凝土叠合构件的

试验研究

那么需要进行合理的试验设计

以及加载装置的合理设计

以及选取不同的

影响其性能的这个关键参数

那么在理论分析方面

需要考虑不同材料本构关系

以及钢与混凝土接触关系的

这个精细化有限元模型

并且利用有限元模型呢

进行细致深入的

这个全过程受力分析

在这个设计方法方面

需要以已有的钢筋混凝土

和钢管混凝土的

设计方法相结合

并且要体现

自身的叠合的特点

本文主要进行了

四部分的研究工作

第一个是进行了

钢管混凝土叠合压弯构件的

力学性能和设计方法研究

该部分包括三部分的内容

首先提出了精细化的有限元模型

考虑了多种约束混凝土

以及多种钢与混凝土相互作用

那么利用精细化有限元模型

进行了受力全过程以及参数分析

那么在其中

对这个重点部件的内力分配

进行了研究

那么在此基础之上

提出了压弯设计方法

本文的第二部分

为空心钢管混凝土

叠合压弯构件的试验研究

共设计了29个试件

那么对不同的破坏形态

全过程曲线

以及参数的影响进行了分析

本文的第三部分

为空心钢管混凝土

叠合压弯试件的

力学性能和设计方法

那么这部分研究呢

是以钢管混凝土叠合构件的

研究为基础

并且考虑了其空心的特点

同样进行了精细化有限元模型

受力基理分析以及设计方法

三部分的工作

第四部分

为方形钢管混凝土叠合结构的

纤维梁模型

那么在以上的一到三的研究中

均为构件层面的研究

那么利用精细化有限元模型

进行了受力机理分析

而且精细化有限元模型呢

它这个建模相对比较复杂

那么计算效率不高

不能用于

整个结构体系的这个分析

而纤维梁模型呢

则具有计算效率高

和建模简单的优势

能够应用于体系计算

因此本部分是在

构件研究的基础之上

那么向结构体系方面进行延伸

它起到了从构件研究

到体系分析的

这个桥梁的作用

本文采用的技术路线为

针对两类叠合构件

我们采用了经过试验验证的

这个精细化有限元模型

那么进行了

受力机理分析和参数分析

在此基础上

提出了相关的设计方法

那么二者之间的关系为

研究钢管混凝土叠合结构的

有限元模型

分析方法以及设计方法

能够为空心钢管混凝土叠合构件

提供坚实的基础

那么我们在构件研究的基础之上

那么向结构体系方面延伸

提出这个纤维梁模型

作为结构体系计算的基础

那么这是相关研究内容

在博士论文中的章节的安排

汇报的第二部分为

钢管混凝土叠合压弯构件的

力学性能和设计方法

在该部分主要进行了

三部分的工作

首先提出了

精细化实体有限元模型

在模型中考虑了

不同的这个材料本构关系

以及钢与混凝土的

这个接触关系，第二部分

利用精细化有限元模型

进行了力学性能分析

包括受力全过程曲线

钢与混凝土的接触关系

以及不同部件的内力分配等等

那么在力学性能的

研究的基础之上

我们提出了设计方法

结合已有的钢筋混凝土

和钢管混凝土的设计方法

并体现了叠合的特点

右图所示的

这个高亮部分

为本节的这个内容

在全文中的所处的位置

首先我们提出了

精细化有限元模型

针对钢管混凝土叠合构件的特点

我们划分了外围无约束混凝土

箍筋约束混凝土，核心混凝土

钢管以及钢筋不同的组件

在钢与混凝土接触关系方面

混凝土与钢筋之间的共用节点

钢管与混凝土之间

法向采用硬接触

切向采用

摩擦库伦模型

在材料本构模型方面

钢材采用弹塑性模型

那么混凝土

采用塑性损伤模型

针对不同的约束混凝土

及无约束混凝土，核心混凝土

以及箍筋约束混凝土呢

我们需要采用不同的

这个单轴受压 应力应变关系

那么在这个无约束混凝土

和核心混凝土方面

应用已有的研究成果

但是针对箍筋约束混凝土

目前没有合理的

适用于塑性损伤模型的

受力应力应变关系

因此本论文

在已有的箍筋约束混凝土的

这个试验基础之上

提出了箍筋约束混凝土的

单轴应力应变关系

适用于本模型

也就是塑性损伤模型

精细化有限元模型

需要经过合理的试验验证

因此本文对采用已有的

试验结果进行验证

验证内容包括破坏形态

极限承载力

以及荷载位移曲线等等

这是轴压短柱的

这个对比情况

这是弯曲试件的对比情况

这是压弯试件的对比情况

可以看出有限元模型

模型与实测吻合较好

可以利用有限元模型

进行力学性能分析

那么接下来

我们利用精细化有限元模型

进行了这个力学性能分析

首先是这个轴压性能方面

进行了受力全过程曲线

两部件的内力分配

以及钢与混凝土接触应力

分析等等

可以看出达到

峰值承载力的时候

也就是图中所示的

点C的时候

那么钢筋混凝土部件

已经达到了自身的承载力

那么钢管混凝土部件

在这个加载过程中呢

始终荷载没有降低

但是在点C的时候

已经非常接近

其自身的极限承载力

在点C的时候

仅存在钢管与核心混凝土的

接触应力

钢管与外围混凝土的

这个接受力

发生在这个承载力后期

也就是说此时钢管的向外鼓曲

受到外围混凝土的

约束作用

与相应的钢筋混凝土相对比

叠合构件具有更高的承载力

以及剩余承载力

二者的这个箍筋应变

发展情况是基本一致的

与相应的

单纯的钢管混凝土相比

叠合构件

由于钢管在这个加载力后期

受到外围混凝土的约束

使得核心混凝土

受到更高的钢管的约束作用

其强度也比普通的

钢管混凝土要大

这种现象随这个

薄壁钢管的壁越来越薄

现象越来越显著

在抗弯方面

我们根据混凝土开裂

纵筋

以及钢管的屈服先后程度

划分了在全过程五段曲线

采用钢管受拉应变

达到0.01

作为它的极限抗弯承载力

由于外部钢筋混凝土部件的

这种约束作用

使得薄壁钢管

并没有出现像那个单纯的

钢管混凝土那样的

局部屈曲作用

使得薄壁钢管

能够得到很好的塑性发展

也就是说薄壁钢管

能够很好的应用于

钢管混凝土叠合构件当中

我们根据

不同部件的这个应力状态

也就是说混凝土的最大压应力

纵筋

以及箍筋的应力情况

以及钢管的最大拉应力

以及最大压应力的分布

我们提出了

用拉压杆模型

来描述抗弯这个传力机制

为了便于分析

我们分成了外部的钢筋混泥土

和内部的钢管混凝土两部分

在压弯性能方面

我们根据不同的这个破坏模态

分为小偏心受压

和大偏心受压两种破坏形式

在本文研究的范围之内

也就是说D/B在0.5到0.75之间

我们可以认为界限破坏

是外部混凝土压（溃）的时候

那么钢管的受拉端恰好屈服

我们根据

不同的破坏模态

分析了典型的

荷载跨中挠度

以及钢材应力分布

和混凝土应力分布的

对比情况

可以看出平截面假定

在其中是适用的

核心混凝土的这个受压区

受到这个钢管的约束

但是约束程度与

中和轴的位置

以及钢管的大小

以及约束效应系数相关

那么对于整个构件而言

当这个长细比小于22的时候

我们不需要考虑

它的二阶效应

在本文研究的参数之内

也就是说长细比

在22到那个60之间

发生了它的材料破坏

也就是说可以

利用偏心距增大系数法

来考虑这个二阶效应的影响

当这个整个构件

承受轴力和水平力的作用的时候

剪力和剪切变形

需要进行很好的考虑

那么

在本文研究的参数范围之内

由于钢管能够提供很好的

这个抗剪作用

因此在D/B大于等于0.5的时候

那么剪跨比

大于等于1.5的时候

我们对于这个底部

可以用这个压弯承载力进行验算

而不需要考虑

这个剪力和剪切变形的影响

在参数分析方面

我们将这个参数

按照钢筋混凝土部件

钢管混凝土部件以及D比B

也就是说二者之间的

这个几何比例关系进行了划分

在轴压性能

进行了

不同参数对这个轴力

以及钢管混凝土占的

所占轴压比例

这个关系曲线的影响

在抗弯方面

总结了不同参数

对弯距

曲率关系曲线的影响

同时发现

当采用这个单纯的

两部件抗弯承载力

相叠加的方式的时候

得到的结果要小于

整个截面的这个抗弯承载力

这种保守程度

随D比B

以及D比t的增大而增强

在压弯性能方面

我们总结了不同参数

对轴力 跨中挠度

以及轴力弯矩

相关方程的影响规律

同时发现

当中和轴轴

穿过整个截面的时候

我们可以用3300微应变

作为这个外围混凝土的

这个极限压应变

经过上面的这个受力分析

以及那个参数分析

我们提出了实用设计方法

首先是轴压构件

轴压承载力采用两部件

轴压承载力相叠加的方式

那么原因在于就是

经过以上的分析

当Nu的时候

两部件是无接触应力

二者能够独立的工作

那么在压弯构件而言

首先我们进行了截面层次的压弯

承载力的计算

那么我们同样可以划分为

钢筋混凝土部件

和钢管混凝土部件两部分

但是其中需要考虑三个关键问题

第一外围混凝土

和核心混凝土的强度不同

核心混凝土

受到钢管的约束

这种约束的程度

与e比B D比B

以及约束效应系数有关

第三就是圆形钢管的

这个弯距和这个轴力的贡献

计算比较复杂

那么我们根据之前的

性能分析

提出了性能的基本假设

包括平截面假定

3300极限微应变的假定

忽略混凝土受拉应力

以及钢管和重筋

采用这个理想弹塑性模型

对于钢筋混凝土部件的

这个弯矩轴力贡献

我们采用这个

已有的钢筋混凝土

压弯计算方法进行计算

对于钢管混凝土部件的

轴力弯矩贡献

我们进一步划分为

核心混凝土以及钢管两部分

那么针对核心混凝土的贡献

我们采用类似于混凝土中的

等效矩形应力法进行计算

也就是找到等效点A的应力

以及受压等效面积

来计算

对于钢管来讲

我们给出了这个轴力

和弯矩的计算系数

K1和K2来进行计算

以上是那个截面层次

在对于整个构件而言

当那个长细比大于22的时候

我们需要考虑二阶效应

因此我们用偏心距

增大系数法来进行考虑

增大系数

通过修正

曲率修正系数

来符合叠合处的特点

同样给出了相关的设计建议

包括D比B D比T

以及约束效应系数等等

相关建议

那么以上的设计方法

被钢管混凝土

叠合结构设计指南

也就是说核电的行业规范

所采纳

总结一下以上的部分

首先进行了

考虑不同材料本构关系

以及钢筋混凝土接触关系的

精细化有限元模型

利用有限元模型呢

进行了力学性能分析和参数分析

包括这个极限状态的定义

不同破坏形式的划分

平截面假定

与3300微应变的适用性

以及薄壁钢管

能够应用于叠合柱当中

抗剪能力

由于钢管的贡献显著提高

那么在此基础上

提出了设计方法

结合已有的钢管混凝土

和钢筋混凝土的设计方法

并且体现了叠合的特点

汇报的第三部分

为空心钢管混凝土叠合构件

压弯性试验研究

在试验研究中

主要包括两部分

第一部分介绍了

这个试件的设计

加载以及测试情况

共包括29个试件

对第二部分

对这个试验结果进行了分析

包括破坏形态

全过程曲线 参数影响

以及与空心钢筋混凝土

试件进行对比

右图的这个高量部分

此部分的研究

在整个研究部分中的位置

该部分的试验数据

为后续的精细化有限元模型

提供了验证数据

那么在试验设计方面

轴压进行了

五个试件

试验参数为箍筋间距

偏压

进行了14个试件

试验参数包括高宽比

以及偏心距

在弯曲试验

共进行了10个试验构件

试验参数为剪跨比

在试验设计中

我们综合考虑了

现有的试验条件

以及两部件的几何比例

空心的几何形式

以及配筋情况

设计了如下的这个试件

在试件制作过程中

我们重点关注了

内外混凝土的浇筑的密实度

以及空心八边形的模板

模具的制作

那么在加载与测量过程中

在500吨压力机上进行

量测了位移荷载

材料的应变

以及混凝土裂缝分布等等

进行了试验结果分析

首先是轴压短柱

那么轴压短柱

以外围混凝土中部

压溃而破坏

钢管

是在中部弯曲的

核心混凝土

由于钢管的约束

没有出现类似于外围混凝土的

这种压溃的现象

与相应的钢筋混凝土相比

钢管混凝土叠合构件

具有更高的钢度和承载力

随箍筋间距的减小

它的延性逐渐增大

但是极限承载力

是没有明显的变化

在材料应变方面

中部的混凝土

纵筋以及钢管

应变分布基本一致

说明三者之间

能够共同的工作

在这个

对于压弯构件而言

以外围混凝受压

压溃而破坏

根据

裂缝的分布形式

以及受拉区域钢管

是否达到屈服

可以分为小偏心受压

和大偏心受压两种破坏形式

那么剖开之后可以看到

这个纵筋是这个屈曲的

钢管是弯曲

但是核心混凝土

由于钢管的约束作用

它这个保持比较完好

随e比B的

逐渐增大

它的承载力和钢度逐渐减小

但是跨中挠度

逐渐的增大

高宽比的增大

荷载逐渐的降低

然后跨中挠度的逐渐的增大

这部分给出了两部件

应变的分布

可以看出两部件

能够这个共同工作

变形协调

与相应的钢筋混凝土

相比

叠合构件具有更高的刚度和粘性

同时由于钢管的存在

有效的限制了混凝土裂缝的开展

在这个弯曲试件而言

那么针对不同的剪跨比

我们总结了三类不同的破坏形式

一类是剪跨比在0.75的时候

发生了斜压破坏

也就是说在

加载连线时

出现了斜压的小短柱

那么第二部分是剪跨比

在1.2到这个2之间

是减压破坏

也就是说在剪跨

剪跨区域出现了明显的斜裂缝

那么在受压端

混凝土压溃

第三步为这个弯曲破坏

也就是说在(纯弯段）

出现了明显的竖向裂缝

在这个受压区混凝土压溃

随剪跨比的逐渐增大

它的极限减力逐渐减小

但是

延性逐渐的增大

对比弯曲破坏

以及和剪

斜压和剪压破坏的裂缝发展

可以看出在这个纯弯段

它的这个裂缝是要

弯曲破坏是要高于

其它两个破坏的

但是对于

在弯剪段

弯曲破坏是要小于

那个其它两种破坏形式的

总结上述的研究工作

首先这个进行了这个试验设计

加工和量测

共进行了29个试验构件

那么加工中

要保持混凝土浇筑的密实程度

在这个试验结果分析方面

总结了不同受力工况下的

破坏形式

总结了研究参数的影响

包括轴压的这个箍筋间距

压弯构件的

偏心距和长细比

以及弯曲构件的剪跨比

并且与已有

与钢筋混凝土试件相对比

发现它的承载力和刚度逐渐增大

那么延性变好

有效的抑制了

混凝土裂缝的开展

汇报的第四部分为

空心钢管混凝土叠合压弯构件的

力学性能和设计方法

需要指出的是

这部分的研究工作

是以第二部分

钢管混凝土叠合构件的

研究工作为基础

我们同样进行了

三部分研究工作

包括这个精细化有限元模型

力学性能分析以及设计方法

右图的高亮区域

为这部分研究

在整个研究过程中所处的位置

所以看出钢管混凝土叠合构件的

这个有限元模型

包括材料本构 接触关系

以及分析方法 设计原理

均给空心钢管混凝土叠合构件

提供了坚实的基础

首先提出了这个

空心钢管混凝土构件

有限元模型

在单元类型和钢?筋混凝土

接触关系方面

采用这个前面所述的

钢管混凝土叠合构件的处理方式

在这个本构关系模型方面

比如说钢材采用它的塑性模型

那么混凝土采用塑性损伤模型

以及核心混凝土的受压

受压应力应变关系

我们采用与这个钢铁混凝土

叠合构件一致的这个分析方法

那么不同之处在于

由于空心构件的特点

导致了它的这个

几何形状和配筋形式

相对比较复杂

需要对外围混凝土

进行专门的研究

以及进行

不同约束区域的划分

那么文中

对

空心钢筋混凝土试件的

不同配筋形式的应力分布

以及已有的这个翼墙形

钢筋混凝土短柱的

这个试验研究

我们给出了如下的这个划分方式

包括外围的无约束混凝土

角部箍筋约束混凝土

以及翼墙混凝土

那么针对不同的这个混凝土

我们给出了不同的这个

受拉应力应变关系

那么精细化有限元模型

需要试验的验证

采用第三部分

提供的这个试验数据进行验证

验证内容

包括这个破坏形式

荷载位移曲线

以及极限承载力等等

这是轴压短柱的对比情况

这是弯曲构件的对比情况

这是

压弯构件的对比情况

可以看出实测与模拟吻合较好

可以利用有限元模型

进行后续的机理分析

那么在力学性能分析方面

首先进行了那个轴压短柱的分析

包括应力全曲线

以及内力分配

以及钢管与混凝土的

接触应力等等

那么可以发现在这个极限

达到极限承载力点C的时候

两部件基本达到了

它的各自的极点承载力

但是在点C的时候

仅存在钢管与

核心混凝土的接触应力

而不存在钢管与外围混凝土的

接触应力

文中通过对

这个钢筋混凝土

薄壁板的分析

通过引入这个初始缺陷

探讨了薄壁对空心钢管混凝土

叠合构件的影响

可以发现

当翼墙的宽厚比

大于12的时候也就是说

可以发现这个

在这个破坏形态方面

出现了明显的内凹现象

也就是说它的薄壁

带来这个局部屈曲的影响呢

使得强度有所降低

但是在本文统计的

我国的桥墩

以及本文的研究参数范围之内

这个翼墙的宽厚比

通常要比12要小的

因此在本文中没有考虑薄壁

对强度的降低的作用

在抗弯性能方面

根据外围混凝土开裂

受拉区域钢管

以及这个应变分布

划分为三阶段

那么以受拉钢管

应变达到0.1

作为极限弯距

针对不同的关键点

给出了混凝土应力分布的影响

同时进行了

剪跨比的影响

随剪跨比的逐渐减小

我们可以发现剪力和剪切变形的

影响非常显著

导致它的

极限弯矩逐渐降低

极限弯矩对应了

曲率也是逐渐降低的

根据不同的这个应力分布

包括混凝土最大压应力

以及箍筋的应力

纵筋的应力

以及钢管应力分布

利用拉压杆模型

给出了它的传力机制

重点讨论了钢管在其中的

抗剪的作用

给出了钢管的抗剪计算方法

总结钢管在其中的抗剪作用

包括三方面

一方面是自身能够提供

一定的抗剪能力

第二部分是销栓作用

第三部分是能够有效的

抑制混凝土裂缝的开展

在这个压弯性能方面

通过对这个不同破坏形态

包括小偏心受压

以及大偏心受压

两种破坏形式

给出了不同的这个轴力

跨中挠度

钢材应力

以及混凝土应力的分布

可以看出基本上满足

平截面假定的这个特征

对于受拉区

和受压区内的核心混凝土

它的应力分布

受到中和轴的位置

以及钢管大小

以及钢管对这个混凝土的

约束程度的不同而变化

对于整个构件而言

当这个长细比小于22的时候

不需要考虑它的二阶效应

当在研究参数范围之内

在长细比在22到60之间

发生了这个材料破坏

也就是说可以用

偏距增大系数法

来进行这个二阶效应的考虑

由于在这个压弯过程中

钢管与外围混凝土的

这种相互作用

使得受拉区和受压区的钢管

能够变形协调

能够与整个截面那个相互作用

同样我们进行了参数分析

将参数划分为钢筋混凝土部件

钢筋混凝土部件

以及二者之间的几何比例关系

在轴压性能方面

总结了轴力以及这个

钢管混凝土部件所占

比例的关系曲线的影响

在弯曲性能方面

总结了不同参数

对弯距 矩力关系曲线的影响

给出了初始阶段

以及正常使用阶段

两阶段刚度的计算方法

在压弯性能方面

给出了不同参数对轴力

跨中挠度

以及轴力弯矩

相关方程的这个影响规律

同时发现当中和轴穿过

截面的时候

可以用3300微应变

作为它的外围混凝土的

极限的压应变

我们在以上的

受力分析和参数分析的基础上

提出了设计方法

设计方法首先是轴压承载力

采用这个两部件

轴压相叠加的方式

就是说在这个

原因在

在Nu的时候

钢管混凝土部件

和钢筋混凝土部件

二者之间无接触应力

能够独立的工作

在这个压弯构件方面

首先是截面层次的

压弯承载力

包括钢筋混凝土部件

以及钢管混凝土部件两部分

如何正确考虑

角部的钢管混凝土的贡献

这是这类构件设计的难点

我们同样根据那个性能分析

提出了基本假设

包括平截面假定

3300微应变的假定

受拉混凝土的应力忽略

理想弹塑性模型

针对钢筋混凝土部件

用

钢筋混凝土压弯

计算方法来进行计算

在这个钢管混凝土部件方面

我们进一步拆分成核心混凝土

以及钢管两部分的贡献

对于钢管

我们将这个钢管等效上位于

形心处的钢材

来进行处理

那么对于核心混凝土呢

我们根据中和轴穿过

核心混凝土的位置

分为ABCD四种工况

对于中和轴穿过这个

核心混凝土的工况呢

我们的计算方法

与钢管混凝土叠合构件

计算方法是类似的

均采用这个等效点A

以及受压等效面积来进行计算

在构件层次

当长细比在大于22的时候

我们需要用偏距增大系数法

进行考虑二阶效应的影响

同样给出了

偏距增大系数的计算公式

在设计建议方面

包括D比B的取值范围

钢管混凝土部件的设计建议

参照了钢管混凝土

叠合构件为基础

钢筋混凝土部件的

配筋形式

以空心钢铁混凝土

构件为基础

总结以上部分

包括首先建立了

精细化有限元模型

在钢管混凝土

叠合构件的基础之上

考虑混凝土这个不同区域的划分

第二部分

力学性能和参数分析方面

极限状态的定义方法

以及给出了不同破坏形态的划分

薄壁空心在里面的影响

平截面假定与3300微应变的

假定的适用性

以及钢管的这个抗剪的贡献

在此基础上

给出了设计方法

该设计方法结合了

钢筋混凝土，钢管混凝土

以及钢管混凝土叠合构件的

设计方法

体现空心叠合的特色

我们的第五部分为纤维梁模型

如之前所说

这部分研究内容

是在构件研究的基础之上

向体系计算进行了延伸

起到了桥梁的作用

进行了三方面的工作

首先是纤维梁模型的建立

在其中考虑了

不同材料的本构关系模型

以及与在软件

ABAQUS中的实现方法

第二部分是模型的验证

进行了静力加载

往复加载 节点

以及框架试验验证

第三部分就是

以某实际厂房为例

说明它在体系计算方面的

应用情况

那么右侧的高亮部分

为这部分在这个

整个结构中的这个位置

首先是材料本构关系

我们基于之前的构件分析

将这个截面的混凝土

按照不同的约束区域进行划分

包括无约束混凝土

箍筋约束混凝土

以及核心混凝土

三部分

对于不同的混凝土

采用不同的

受压骨架线

钢材采用双折线模型

我们为了

便于整个结构体系的建模

以及后处理

那么在ABAQUS中为依托

来进行实现

实现主要是两个步骤

一个步骤就是将上述的

材料模型

通过子程序UMAT的编写

反映到程序当中

第二部分就是

对于叠合构件相

很复杂的这种截面

那么用不同的组件进行组合

实现了这个叠合构件的

建模方法

模型需要验证

对于钢管混凝土叠合构件

采用了静力加载 滞回加载

节点以及框架的

这个进行了验证

那么在空心钢管混凝土

叠合构件进行了静力加载

以及滞回加载的

进行了验证

可以看出模拟情况吻合良好

那么与精细化有限元模型的

模拟结果相对比

二者相差不大

但是纤维梁模型

它具有计算效率高

和建模简单的优势

本文以某实际厂房结构

采用钢管混凝土叠合构件的

厂房结构为例

说明了纤维梁模型

在体系计算当中的

应用情况

进行了

动力隐式计算

这是自振频率

它一二阶为平动

三阶为扭转

输入X方

和Y方向的地震波

进行了动力弹塑性时程分析

包括为位移时程曲线

层间位移角的包络

以及材料的应变分布等等

并且与相应的

钢筋混凝土厂房进行了对比

可以看出

纤维梁模型

在结构体系分析方面

它具有很好的适用性

为后续

进行结构体系分析

奠定了基础

该模型也正在被后续的

进行了进一步的研究

总结以上的工作

首先是建立了纤维梁模型

考虑了不同材料的本构关系

并且在有限元

ABAQUS中得到了实现

进行了这个模型的验证

并且以这个某实际厂房为例

进行了动力弹塑性时程分析

说明

在体系应用方面的工作

总结上述的所有研究内容

首先第一部分

进行钢管混凝土叠合构件的

力学性能和设计方法

建立了

考虑不同材料本构关系

和钢与混凝土接触关系的

精细化有限元模型

进行了受力机理分析

包括极限状态的定义

不同破坏形式划分

平截面假定与3300微应变的

假定的适用性

薄壁钢管能够适应于

叠合柱当中

抗剪能力

由于钢管的（贡献）显著提高

结合已有的钢管混凝土

和钢筋混凝土设计方法

并体现叠合特色

给出了使用设计方法

在第二部分进行了

空心钢管混凝土

叠合压弯构件的试验研究

共进行了29个试件

分析了不同破坏

受力工况下的破坏形式

研究了箍筋间距

偏心距 长细比以及剪跨比的

参数的影响

与相应的

钢筋混凝土试件相比

承载力和刚度显著增大

延性变好

抑制了混凝土裂缝的开展

第三部分进行了钢管

空心钢管混凝土叠合构件的

力学性能和设计方法

那么在这个钢管混凝土

叠合构件精细化

有限元模型的基础之上

考虑了混凝土

不同约束区域的划分

给出了精细化有限元模型

利用有限元模型呢

进行了极限状态的定义

不同破坏形式的划分

薄壁空心的影响

平截面假定的适用性

以及钢管抗剪程度的讨论

结合已有的钢筋混凝土

钢管混凝土

以及钢管混凝土

叠合构件的设计方法

并且体现空心叠合特色

给出了实用设计方法

第四部分进行了

方形钢管混凝土

叠合构件的纤维梁模型

考虑了

不同材料的本构关系

在ABAQUS中

实现了纤维梁模型的建立

并进行了验证

并且以某实际厂房为例

建立了整个结构体系的

纤维梁模型

说明该模型

在体系分析中的适用性

在展望部分

还可以在后续方面

进行以下工作

即钢管混混凝土叠合构件

在复杂受力的分析

包括抗震抗火

抗冲击等等

第二部分

进行钢管混凝土叠合构件

体系计算的研究

第三部分新型钢管混凝土

叠合构件的研究

这三部分

均已在课题组有所开展

总结相关成果

本文共发表了7篇SCI

和一篇Elsevier收录一篇

博士论文主体部分

均已在线发表

会议论文两篇 专利两项

并且参加了一篇

一项规程

博士论文相关的应用

应用在中国尊

以及核电厂房

嘉陵江大桥等工程当中

感谢韩林海教授的教导

和提供的良好的平台

那么谢谢各位老师

欢迎批评指正