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焊接H型钢部分包裹混凝土组合短柱偏心受力性能研究
摘要：
本文通过对H型钢和混凝土组合短柱的偏心受力性能进行研究，对该结构的力学特性及应用具有重要参考价值。本文首先介绍了混凝土-钢组合结构的发展历程及其优点，随后对H型钢和混凝土组合短柱的模型进行分析建立，通过建立相应的数值分析模型进行模拟计算，最终得出结论：对于H型钢包裹混凝土组合短柱来说，在受力偏心度相等的条件下，不同的纵向杆件布置方式对其抗扭性能及破坏模式影响较大。针对不同的布置方式，需要根据具体的力学特性进行合理选择，以保证混凝土-钢组合结构具有更好的力学性能及应用效果。
关键词：混凝土-钢组合结构，H型钢，偏心受力性能，抗扭性能，破坏模式
Abstract：
BystudyingtheeccentricforceperformanceoftheH-shapedsteelandconcretecompositeshortcolumn,thispaperhasimportantreferencevalueforthemechanicalcharacteristicsandapplicationofthisstructure.Thispaperfirstintroducesthedevelopmenthistoryandadvantagesoftheconcrete-steelcompositestructure,andthenanalyzesandestablishesthemodelofH-shapedsteelandconcretecompositeshortcolumn.Byestablishingcorrespondingnumericalanalysismodelsforsimulationcalculation,theconclusionisfinallyobtained:forH-shapedsteel-wrappedconcretecompositeshortcolumn,differentlongitudinalmemberlayoutmethodshaveagreatimpactonitstorsionalperformanceandfailuremodeunderthesameeccentricity.Fordifferentlayoutmethods,itisnecessarytoselectreasonablyaccordingtospecificmechanicalcharacteristicstoensurethattheconcrete-steelcompositestructurehasbettermechanicalperformanceandapplicationeffect.
Keywords:concrete-steelcompositestructure,H-shapedsteel,eccentricforceperformance,torsionalperformance,failuremode.
引言
混凝土-钢组合结构是由混凝土和钢市场组成的,混凝土-钢组合结构的形式多种多样,就外形与用途上而言,常用的包括混凝土板、混凝土墙、钢筋混凝土板、空心板、钢筋混凝土砌块墙、框架和柱等[1]。混凝土-钢组合结构具有其它单一材料结构所没有的单元刚，纵向增幅和隔震性能等优点[2]。钢材可以用来承受超负荷荷载，降低构造体积，提高结构寿命，抗震性好。混凝土还可以用于承受一定荷载，阻止钢材的腐蚀等。因此，混凝土-钢组合结构成为了当前建设领域的一个重要研究方向。
本文主要研究焊接H型钢部分包裹混凝土组合短柱的偏心受力性能。H型钢由于其重量轻、强度大、横截面形状相对复杂，被广泛应用于建筑工程、桥梁工程和机械制造等领域。本文通过建立焊接H型钢部分包裹混凝土组合短柱的数学模型，进行数值分析和模拟计算，探究该结构在偏心力作用下的受力特性和抗扭性能。
一、H型钢、混凝土组合短柱的模型建立
1.1H型钢的模型建立
本文采用三维有限元模拟软件ANSYS建立了H型钢的三维模型，如图1.所示。H型钢的材料参数如表格1.所示。
-插入图1和表格1
图1H型钢的三维模型
表格1H型钢的材料参数
选项材料种类屈服强度MPa极限抗拉强度MPa弹性模量GPa泊松比
H型钢Q345B3454702.06x1050.30
1.2混凝土组合短柱的模型建立
本文建立了焊接H型钢部分包裹混凝土组合短柱的三维有限元模型，如图2所示。该模型由一根H型钢与包裹的混凝土组合而成，研究该结构在受力偏心作用下的应力和变形特性。混凝土组合材料参数如表格2.所示。
-插入图2和表格2
图2混凝土组合短柱的三维模型
表格2混凝土的材料参数
选项材料种类抗压强度MPa抗拉强度MPa弹性模量GPa泊松比