钢管混凝土结构构件耐撞性能的试验研究

为研究钢管混凝土结构构件的耐撞性能,采用落锤式冲击试验方法对其抗侧向冲击性能及破坏特征进行研究.获得钢管混凝土试件在不同冲击能量下冲击力时程曲线和试件的最大侧向位移,并分析了试件破坏形态及特征.实验结果表明:管壁厚度一定时,冲击力时程曲线经历3个阶段:迅速加载、平台值和卸载;随着冲击能量的增加,试件的侧向挠度增大;当钢管混凝土受到侧向冲力时,构件有明显的屈服现象;冲击能量越大构件的动力响应越明显.表明钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性能.     

约束空心混凝土柱抗侧向冲击动力性能

为研究约束空心混凝土柱的抗侧向冲击动力性能,构建20组内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱的数值模型,并采用有限元法对其进行冲击受力过程的数值模拟分析.依据模拟结果对比不同构件的破坏模式,研究钢管强度、混凝土强度、空心率、含钢率和冲击位置对构件冲击力和挠度的影响.研究结果表明:内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱产生整体弯曲破坏和局部冲切破坏,大部分钢管混凝土构件产生弯曲破坏,产生局部冲切变形是由于冲击位置刚度不足导致;增大方钢管钢材强度、厚度和降低钢管混凝土空心率,均能够有效提高柱抗侧向冲击动力性能,而改变圆钢管钢材强度、厚度以及柱中混凝土强度对构件抗侧向刚度影响作用基本可以忽略;随着冲击点与支座距离的缩短,构件的变形减少,但对冲击力平台值影响较小.     

格构式钢柱在冲击作用下动态响应的有限元分析

格构式钢柱广泛应用于工业厂房排架柱或高大独立支柱,服役期间易受荷载的侧向冲击作用。基于Abaqus/Explict有限元软件对不同冲击能量和冲击位置下格构式钢柱的动态响应进行有限元分析。结果表明:悬臂试件在冲击位置较低时的冲击力时程曲线发展趋势与两端简支试件相似,变形破坏由剪切效应控制。随冲击作用位置的升高,试件的残余侧移增大,抗冲击承载力不断下降,变形破坏由弯曲效应控制;增大冲击能量,冲击力峰值和冲击力持时明显增加,并造成更大的残余变形。     

GFRP管钢骨混凝土构件抗弯承载力分析

GFRP管钢骨混凝土组合构件是由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合构件的抗弯性能,进行了3根GFRP管钢骨混凝土试件的抗弯试验.采用纤维模型法编制非线性分析程序,以GFRP管壁厚度、混凝土强度、配骨率为主要参数,计算了9个构件,得到其弯矩与曲率关系曲线.结果表明:构件的抗弯承载力随着混凝土强度的增加而增大,随着GFRP管壁厚度的增加而增加,且变化幅度相对明显.采用统一理论方法建立构件抗弯承载力计算公式,并通过试验进行验证,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击数值模拟

通过对玻璃纤维(GFRP)空管和GFRP管约束泡沫柱进行低速冲击有限元模拟,研究冲击高度对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响;将GFRP管约束泡沫柱与GFRP管约束混凝土柱的冲击力时程曲线进行对比,研究不同填充材料对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响。研究结果表明:随着冲击高度的增加,试件的冲击力峰值增大,试件的吸能效果降低;填充泡沫比填充混凝土具有更好的吸能效果,可以更有效抑制冲击荷载的增加;GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击破坏分为两个阶段,前一阶段GFRP失效,后一阶段泡沫复合材料芯材失效。     

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.     

GFRP管钢骨混凝土组合柱偏压承载力计算

为研究GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压性能,对5根GFRP管钢骨混凝土构件进行了偏压试验.采用纤维模型法编制了非线性分析程序,分别以混凝土强度、长细比、偏心距、配骨率等为主要参数,计算并得到相应的荷载与挠度关系曲线.计算分析表明:组合柱的承载力随着混凝土强度、配骨率的增加而增大,随着长细比、偏心率的增加而降低.基于对计算结果和试验结果的分析,给出了GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压承载力计算公式,并通过试验进行验证,结果表明,理论计算与试验结果吻合良好.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

轴向冲击荷载下L形截面钢管混凝土短柱受力性能

为研究L形截面钢管混凝土短柱在受到轴向冲击荷载作用下的受力性能,通过落锤冲击试验,获得在不同冲击高度下的冲击应力时程曲线,并建立有限元模型,分析钢材、混凝土强度和冲击不同位置对短柱力学性能的影响。结果表明:随着冲击高度的增加,落锤冲击应力峰值增大;钢材壁厚大的试件,其冲击应力峰值较大,变形较小;选择强度较大的钢材能显著提高试件的抗冲击承载力,而混凝土强度等级的影响则相对较小,在不同的冲击位置下显示协同性较好。     

空心钢管混凝土构件抗侧向冲击性能研究

采用落锤冲击实验和有限元方法对空心钢管混凝土构件的抗侧向冲击性能进行研究.实验结果表明:当空心率相同时,随着冲击速度的增加,构件的变形增大;当锤重和冲击速度不变时,随着构件空心率的增大,构件变形增加、所受的冲击力减小.采用有限元方法与实验结果进行对比分析,两者结果相符;同时采用有限元方法分析了材料强度、边界条件和空心率等因素对构件抗侧向冲击性能的影响,结果表明,提高材料的强度、加强构件的边界约束可以提高构件的抗冲击性能,而空心率的增大降低了构件的抗冲击性能.     

主管受压状态下K形管节点抗冲击性能有限元研究

采用有限元软件Abaqus建立冲击荷载下一端固支另一端可轴向平动K形管节点的有限元分析模型.基于该模型研究了主管受轴压力等4种工况的K形管节点受横向冲击荷载下的破坏模态.基于对冲击力时程曲线、位移时程曲线、能量耗散等抗冲击性能指标分析,研究了K形管节点的抗冲击性能.研究结果表明:主管轴压力的存在显著增大了节点的局部塑性变形、降低了节点稳定承载力,支管受力状态对节点的局部变形和稳定承载力有显著影响.本文的研究成果为进一步深入研究主管受压状态下K形管节点承受横向冲击荷载的破坏机理创造了条件.     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.     

轴压下局部加厚T型管节点抗冲击有限元研究

采用有限元软件ABAQUS建立冲击荷载下一端固支一端可轴向移动的T型管节点的有限元分析模型.基于该模型,研究了轴力作用下普通和局部加厚T型管节点在横向冲击荷载下的破坏模态,并对冲击力时程曲线、位移时程曲线、能量耗散等抗冲击性能指标进行了分析.分析结果表明:增加主管的厚度可以显著提高试件的节点抗弯刚度,降低节点区域的损伤;但当主管加厚部分的长度达到一定值,节点抗冲击性能将不再提高,研究结果可为管节点的抗冲击设计和损伤修复提供依据.     

极地低温下GFRP管-混凝土短柱循环轴压性能

为了推广GFRP管-混凝土柱在极地基础设施建设中的应用，开展了14个GFRP管-混凝土短柱在极地低温环境下的轴压试验，主要研究参数为温度和GFRP管的径厚比．试验结果包括试验现象与破坏模式、荷载-应变曲线、塑性应变、刚度退化和耗能能力等．试验结果表明：所有试件破坏模式均为GFRP管环向撕裂，发生脆性破坏；单调加载下组合柱的荷载-应变曲线与循环加载下组合柱的荷载-应变曲线的包络线基本吻合，但循环荷载作用下组合柱的极限荷载和峰值应变略低于单调荷载作用下的组合柱；随着温度的降低，组合柱的极限荷载逐渐增大，峰值应变逐渐减小；循环荷载作用下，GFRP管-混凝土短柱的塑性应变与卸载点应变呈线性关系，且温度影响不大，混凝土强度是影响两者关系的主要因素；随着竖向应变的增大，GFRP管-混凝土短柱的刚度逐渐降低，且降低速率逐渐减小；GFRP管-混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数逐渐增大，且增大速率逐渐降低．综合以上分析，采用“最远点”法确定GFRP管-混凝土短柱的名义屈服点，并提出了GFRP管-混凝土短柱在低温下的设计方法和设计流程，分别从强度、变形和GFRP管利用率3个角度来衡量试件设计的安全储备，为GFR...     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱的试验研究

采用落锤式冲击试验机进行了42根钢管混凝土试件的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和冲击力时程曲线,分析其抗冲击动力特性。试件在产生压缩变形的同时,其表面中下部多处出现局部鼓曲现象,钢管与内部混凝土之间产生相对侧移;在相同冲击荷载作用下,随着钢管壁厚增大,试件表面应变减小,钢管约束混凝土变形的效果显著;在低速冲击范围内试件所受冲击力峰值变化不大。试件破坏形态和实测结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

GFRP管钢筋混凝土组合构件抗弯性能实验研究

通过抗弯实验,研究了GFRP管(劲性)钢筋混凝土组合构件的抗弯性能.实验结果表明,GFRP管对混凝土的紧箍效应仅存在于受压区,对受拉区混凝土约束作用不明显;组合构件的荷载-变形曲线明显出现弹性直线、弹塑性曲线和上升直线3个阶段;组合构件内部设置型钢能有效提高组合构件的抗弯承载力和刚度;采用纤维模型法编制程序的计算结果与实验结果吻合良好;组合构件的抗弯承载力随着钢面积分数的增加、混凝土强度等级的提高及GFRP管壁厚度增加而提高.     

轴压比对钢筋混凝土柱侧向抗爆炸冲击性能的试验研究

通过多点加载试验模拟侧向抗爆炸冲击的性能,研究分析在不同轴压比作用影响下钢筋混凝土柱的破坏过程、破坏形态及峰值荷载.实验结果表明:在侧向爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱可能发生剪切和弯曲两种破坏;轴压比的增大使得柱的峰值荷载与侧向位移增加.