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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程中的相互作用，增強(qiáng)了整個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，下面對其進(jìn)行有限元分析。
本研究以鋼管混凝土柱為研究對象，簡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)^程曲線，與相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，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程，直接根據(jù)結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)時的平衡條件計(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，我國也做了大量研究工作。
全過程分析法，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�？v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，即通過對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。但合成法也無法合理解釋加載過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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