圆锥形中空夹层钢管混凝土构件抗扭性能及承载力计算方法研究

摘要

面向大功率海上风电支撑结构抗扭承载力需求，研究了大空心率、大锥度和超限径厚比圆锥形中空夹层钢管混凝土(tapered concrete-filled double skin steel tubular,TCFDST)构件的扭转受力全过程机理，该类构件扭矩-转角曲线可划分弹性、弹塑性、塑性强化和破坏4个受力阶段;阐明了关键因素对TCFDST构件极限扭矩和刚度的影响规律，其中空心率、钢材和混凝土强度与扭矩和刚度呈正相关，内、外钢管径厚比对扭矩和刚度呈负相关，轴压比小于界限值时与承载力和刚度呈正相关，反之呈负相关;提出了“双薄壁分层筒”理论用于计算TCFDST构件扭矩-转角全过程曲线;结合我国规范和文献有关扭转承载力计算公式，建立并验证了适用于圆锥形和直筒形中空夹层钢管混凝土构件抗扭承载力计算的分层积分法，分析了不同方法计算压扭相关性(N-T)曲线的差异性。研究结果可对大空心率、大锥度及超限径厚比的圆锥形中空夹层钢管混凝土构件在风电工程的工程应用提供有益参考依据。

关键词

圆锥形中空夹层钢管混凝土构件 / 数值模拟 / 扭矩分配机制 / 分层积分法 / N-T曲线

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.51978570); 国网浙江省电力有限公司科技资助项目(No.5211JY220003)