钢管混凝土抛物线空腹拱平面内轴压稳定性能研究

采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土抛物线圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性;然后,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,研究空腹拱的位移发展趋势、对轴力发展趋势和弯矩发展趋势探讨变化情况;最后,根据有限元计算结果,使用考虑矢跨比的稳定系数修正公式,发现修正公式与有限元结果吻合度较好,能够用于指导工程设计。     

T形钢管混凝土压弯构件强度承载性能

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序分析了不同参数对T形钢管混凝土单向压弯、双向压弯柱截面强度的影响,参数包括钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度和轴压比等.研究表明:混凝土工作承担系数和加载角度对归一化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;截面肢宽厚比和轴压比对归一化的双弯矩相关曲线的形状有重要影响.基于截面全塑性假设和大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱纯弯、单向压弯和双向压弯截面强度承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.     

T形钢管混凝土单向偏压长柱力学性能分析

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序对T形钢管混凝土单向压弯长柱的力学性能进行分析,讨论了混凝土抗压强度、钢材屈服强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度、长细比和轴压比等参数对构件偏压稳定承载力的影响.研究表明:混凝土工作承担系数、加载角度和长细比对正则化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;基于大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱单向压弯承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果、试验结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.归     

轴压作用下钢管混凝土抛物线拱弹性稳定性能分析及设计方法

钢管混凝土拱具有自重小、承载力高、施工简便等优点,在桥梁工程、隧道支护及渡槽结构中得到广泛应用.随着钢管混凝土拱跨度的不断增加,其平面内稳定问题日益突出.现行规范或规程基于经典弹性稳定理论,采用等效梁柱法计算了其平面内的稳定承载力,但未考虑矢跨比对稳定承载力的影响.采用ABAQUS软件建立钢管混凝土抛物线拱有限元模型,并与试验结果对比以验证有限元模型的可靠性;在此基础上,分析轴压作用下钢管混凝土抛物线拱平面内弹性稳定性能,确定矢跨比对钢管混凝土抛物线拱弹性稳定承载力的影响;考虑矢跨比对弹性稳定承载力的影响并引入修正长细比,以分段式表达的修正弹性稳定承载力计算公式,可较为准确地计算钢管混凝土抛物线拱的平面内弹性稳定承载力.     

碳纤维增强矩形截面钢管梁的稳定分析

基于计算压弯构件弹塑性失稳的Jezek法,推导在轴压和弯矩共同作用下拉压侧外表面粘贴碳纤维片后矩形截面钢管梁绕强轴失稳时极限荷载的计算公式.采用有限单元法进行碳纤维增强钢管梁在压弯共同作用下的非线性屈曲分析,并得到极限承载力的数值解,该结果与解析结果吻合较好.计算结果表明,碳纤维能有效提高压弯构件的极限承载能力,改善构...     

矩形钢管混凝土柱压弯力学性能分析

为了研究矩形钢管混凝土柱的压弯力学性能以及进一步提高设计阶段矩形钢管混凝土柱压弯承载力的计算精度,在先前的压弯试验研究的基础上,利用有限元软件Abaqus建立了矩形钢管混凝土柱的有限元模型,与试验结果对比并进行了参数化分析,发现构件的抗弯刚度随截面尺寸的增大而增大,偏心率和长细比是影响构件承载力以及挠度发展的主要因素。此外,通过对于同一构件改变偏心距的方式,得到构件的荷载—弯矩曲线的有限元结果,将其与试验结果以及规范EC4、CECS159:2004、LRFD99中简化计算公式得到的荷载—弯矩曲线进行对比,分析得出:有限元和规范EC4、规范CECS159:2004的计算结果较为安全准确,而规范LRFD过于保守。再提取大量现有文献中的试验数据与上述规范中的轴压、纯弯、压弯承载力公式计算结果进行对比,提出针对不同影响因素合理选择较为适用的规范的建议。     

钢管拱面内对称加载试验

进行了钢管拱面内 5点对称加载受力全过程的试验 .试验表明 ,钢管拱受力前期以轴压力为主 ,弯矩较小 ,内力分布较均匀 .当加载至分支荷载值时 ,模型拱变形由对称向反对称突然转化 ,结构受力由受压为主向受弯为主转化 .此后 ,结构塑性发展加剧 ,但塑性沿轴线方向的发展速度大于沿截面高度发展的速度 ,最后模型拱达到后屈曲强度而破坏 .     

基于ABAQUS的钢管混凝土T型柱节点抗震性能分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了T型截面钢管混凝土异形柱节点的数值模型,分析了不同轴压比以及两种不同加载条件下,模型构件的抗震性能。计算结果表明:钢管混凝土T形柱节点具有较好的抗震性能。其水平承载力屈服点较高,节点附近出现塑性铰以后还能有较明显的变形,延性增强,滞回曲线饱满,耗能性能好。在极限破坏状态时,柱外围混凝土会发生较大范围的开裂与破碎。T型钢管混凝土柱仍有可能承受更高的轴压比,钢管仍存在进一步变形耗能的能力。     

钢管混凝土拱极限承载能力分析的弹性调整法

钢管混凝土拱由于外包钢管与核心混凝土共同作用,其承载能力分析比较复杂,根据钢管混凝土拱肋轴力和弯矩共同作用下的极限强度,引入拱肋强度系数,建立结构塑性极限荷载的弹性模量调整计算格式,提出弹性模量调整及迭代收敛策略,利用弹性分析钢管混凝土拱的极限状态,求得极限承载能力,编制了计算程序分析钢管混凝土拱塑性极限状态,与模型试验、相关规范计算结果和模型试验结果比较分析可知,本文方法迭代次数少,具有很快的收敛速度和较高的计算精度,可为钢管混凝土结构拱桥的极限承载能力分析提供科学和高效的计算方法。     

水平弹性支承系杆拱桥的理论计算

为研究矢跨比、拱肋刚度和水平弹性支承刚度等设计参数对结构受力特性的影响,根据结构力学的力法导出了水平弹性支承的等截面抛物线拱在均布荷载作用下内力的计算表达式,便于结构设计初步阶段结构参数的确定.算例中本文公式计算结果与有限元计算结果一致,验证公式推导的正确性.分析结果表明:水平弹性支承的系杆拱桥可以根据支座水平刚度比不变、结构水平总刚度不变的原则进行简化.     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内轴压稳定性能研究

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形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

单轴对称截面圆弧拱在局部区域径向均布荷载下的弯扭失稳

为了探究单轴对称截面圆弧拱的弯扭失稳行为,研究了局部区域径向均布荷载作用下单轴对称工字形截面两端铰接圆弧拱的弯扭失稳问题,考虑了剪切变形的影响,推导了失稳前拱的弯矩,轴力和剪力表达式。根据势能驻值原理和Rayleigh-Ritz法,得到了单轴对称截面圆弧拱弯扭失稳临界荷载理论解,并将其和有限元结果进行了对比。结果表明:当截面的较宽翼缘位于拱的顶部时,拱的弯扭失稳临界荷载值会增大;考虑剪切变形影响的浅拱的弯扭失稳临界荷载小于不考虑剪切变形的临界荷载;局部参数对拱的弯扭失稳临界荷载影响明显,弯扭失稳临界荷载随着局部参数的增大而减小。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力试验

在钢筋混凝土异形柱和异形钢管混凝土柱的基础上，提出了一种异形柱形式——十字形截面方钢管混凝土组合异形柱，通过理论计算和有限元分析得到了异形柱的破坏形态及极限承载力，并采用叠加理论推导了其换算长细比计算公式．通过轴压试验得到了计算模型的荷载位移曲线、单肢挠度曲线以及单肢荷载应变曲线．分析结果可知，叠加理论计算、有限元分析以及轴压试验的结果一致表明异形柱的破坏形态为扭转屈曲，同时3种方法得到的屈服荷载吻合较好，验证了采用叠加理论计算异形柱承载力的可行性．     

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑...     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.     

方形设肋薄壁钢管轻质混凝土短柱轴压承载性能的有限元分析

本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管轻质混凝土短柱轴压时的荷载-位移全过程关系曲线。研究表明,设加劲肋能有效改善冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱的承载能力。同时,研究了设肋方式、钢材强度、混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱承载性能的影响。     

侧向点爆炸作用下浅埋圆拱结构塑性破坏规律

考虑近场侧向爆炸时荷载的非对称性、不均匀性和局部性,利用几何关系推导侧向爆炸时结构表面荷载的解析式.针对不同的结构截面受力模式,利用轴力和弯矩共同作用下的截面塑性破坏准则,并基于四铰破坏机制,提出浅埋圆拱结构塑性破坏简化计算方法.基于Matlab软件,判断圆拱结构塑性破坏时截面的受力模式,并确定结构塑性铰分布.结果表明:在2个拱脚附近、荷载峰值作用处,以及背爆面一侧拱肩位置产生塑性铰;在爆炸偏角较小时,塑性铰先出现于背爆面的拱脚和爆源投影点位置;随着爆炸偏角的增大,第1个塑性铰出现于迎爆面的拱脚位置.在实际工程中,大偏压是较为理想的破坏模式.