柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

离心钢管混凝土桩抗剪性能研究

针对离心钢管混凝土桩(普通SC桩),建立有限元横向受剪模型,并利用该模型进行参数分析,试件的参数包括材料的强度、钢管的壁厚、桩壁的壁厚和剪跨比.结果表明,剪跨比λ≤0.8的普通SC桩构件为剪切破坏,0.8<λ≤1.0的普通SC桩构件为弯剪破坏,λ>1.0的普通SC桩构件为弯曲破坏.根据有限元计算结果,拟合推导出离心钢管混凝土桩抗剪承载力的经验公式.     

圆钢管轻集料混凝土抗弯性能的有限元分析

文章介绍了圆钢管轻集料混凝土受弯构件的有限元分析方法,在试验研究的基础上,采用有限元软件ANSYS对试验试件进行模拟计算,并且分析了含钢率、钢材屈服强度和轻集料混凝土强度等参数对构件弯矩-曲率关系曲线的影响。计算分析结果表明,计算所得极限荷载和弯矩-曲率关系曲线与试验结果吻合较好;含钢率是影响构件抗弯性能的主要因素;钢材屈服强度对构件的抗弯刚度影响很小,但对其抗弯承载力影响明显;轻集料混凝土强度对圆钢管轻集料混凝土构件的抗弯承载力与抗弯刚度影响甚小。     

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.     

竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱力学性能分析

针对竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱的力学性能,进行了非线性数值模拟,利用该模型,分析了四肢钢管混凝土格构柱的破坏形态及核心混凝土强度等级、钢材等级、钢管壁厚、长径比等因素对构件受力性能的影响,分析结果与试验数据吻合较好,为工程设计提供参考依据.     

同含钢率钢管与配筋钢管混凝土柱的受力性能分析

为阐明含钢率对构件的力学特性的影响规律,基于有限元分析方法研究了配筋钢管混凝土（R-CFST）和钢管混凝土（CFST）短柱的轴压性能。首先建立了适合R-CFST的材料本构模型和分析方法并用既有的实验数据验证模型的可靠性,之后进行了36根6种不同含钢率的R-CFST和对应的CFST有限元分析,通过分析荷载-位移响应、承载力、单位面积钢材对构件承载力提高量和延性等指标,最终发现：当混凝土强度较低时,含钢率越低CFST的承载力和延性比同含钢率R-CFST高,但随着混凝土强度的提高,含钢率越大反而使得R-CFST的性能得以显著提高;单位面积R-CFST纵筋对承载力的贡献率都大于单位面积的CFST钢管的贡献率,而且随着混凝土强度的提高R-CFST的这种贡献更为明显;填充高强度混凝土时,R-CFST比CFST更有效。由此得出结论：CFST内配筋比增加钢管壁厚更有效,尤其是填充高强度混凝土时配筋的效果更为明显。     

离心钢管混凝土直杆抗弯承载能力参数分析

参考正交试验设计和极差分析的方法,运用ABAQUS有限元分析软件对离心钢管混凝土直杆进行抗弯性能有限元分析,以钢管壁厚、混凝土壁厚和外径3个因素作为分析参数,以抗弯屈服弯矩为抗弯承载能力分析对象,分析认为,外径是影响构件抗弯承载能力的主要影响因素,且随着钢管壁厚和外径的递增,构件抗弯屈服弯矩呈递增趋势,随着混凝土壁厚的递增则呈递减趋势.选择合适的构件尺寸,对生产良好抗弯性能的离心钢管混凝土构件具有借鉴作用.     

高效预应力混凝土梁受力性能试验研究

为了研究高效预应力混凝土受弯构件的受力性能，对24根预应力混凝土梁进行了试验研究，分析了混凝土强度等级、预应力比率、配筋指数、钢绞线的延伸率等参数对试件裂缝、变形、受弯承载力和破坏形态的影响，并与规范(GB50010—2002)进行了比较．研究结果表明，受拉区仅配置预应力钢绞线的高效预应力混凝土受弯构件在正常使用阶段裂缝宽度和挠度可以控制，且钢绞线延伸率大小对其破坏形态有直接影响，并建议结构设计时应考虑钢绞线的延性对破坏形态的影响．     

空心圆钢管混凝土轴压短柱有限元分析

目的通过研究找到最适合空心钢管混凝土轴压短柱的混凝土本构关系模型.方法选取6种常用的混凝土本构关系模型,结合已有试验结果,应用有限元软件ABAQUS建立模型进行验证,找出适合的混凝土本构关系.改变钢材强度、钢管壁厚、混凝土强度、空心率等参数,研究不同参数对混凝土力学性能影响.结果随钢管屈服强度、钢管壁厚和空心率的增大,混凝土分担的荷载减小;随混凝土强度的提高,混凝土分担的荷载增加.对于空心钢管混凝土轴压短柱,μ_e0.24时,其混凝土本构关系可采用改进后的模型MC7;0.24≤μ_e≤0.35时,可采用模型MC6;μ_e0.35时,可采用模型MC1或MC2.结论采用改进后混凝土本构关系的空心钢管混凝土轴压短柱有限元分析结果与试验结果吻合良好.     

RECFST构件抗弯性能和抗弯承载力计算方法

文章研究了圆端形椭圆钢管混凝土(round-ended elliptical concrete-filled steel tubular,RECFST)构件的受弯性能。基于有限元方法和圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型的等效计算方法,建立了纯弯作用下RECFST构件的数值分析模型,考虑了材料非线性、圆端形椭圆截面特征及复杂界面接触等问题;通过分析钢材强度、混凝土强度、径厚比及长短轴比等诸多参数在长、短轴方向上对RECFST构件抗弯承载力的影响规律,揭示了其破坏模式,提出了RECFST构件的抗弯承载力简化计算公式。研究表明,钢材强度越大,径厚比越小,RECFST构件的极限弯矩越大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计和应用提供参考。     

高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.     

矩形钢管混凝土大跨度带悬挑桁架的试验研究

矩形钢管混凝土桁架能充分发挥钢管混凝土的受力性能,是适用于大跨度结构的结构形式。本文通过对2个大尺寸的大跨带悬挑矩形钢管混凝土桁架和矩形钢管桁架模型对比试验,考察了该桁架结构的破坏形态、变形特点和承载性能。试验结果表明,填充混凝土的钢管混凝土桁架试件的刚度提高、变形减小,极限承载力也有所提高,填充混凝土可以有效防止受压钢管壁的局部屈曲,试件破坏受材料的强度控制;采用直接焊接节点连接的钢管桁架和钢管混凝土桁架中腹杆和弦杆在节点处的杆端弯距较大,其对节点承载力的影响不可忽略,在设计中应加以考虑。     

配筋混凝土简支受弯构件最小跨度及钢筋强度取值

分析了配筋混凝土简支受弯构件中钢筋的粘结锚固性能.为使构件破坏时充分发挥钢筋的强度,提出了简支受弯构件最小跨度的确定方法.同时给出了当构件跨度不满足最小跨度要求时受拉钢筋强度折减的计算方法.     

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.     

薄壁圆钢管约束陶粒混凝土短柱轴压性能研究

为了研究薄壁圆钢管约束轻骨料混凝土柱的轴心受压性能,设计制作4根薄壁钢管约束陶粒混凝土短柱试件,以核心陶粒混凝土强度、钢管壁厚为变化参数,通过单调静力加载试验,测试其受力过程及破坏形态、位移、钢管应变,研究陶粒混凝土强度、套箍系数对承载力和变形能力的影响规律.结果表明,径厚比为80和125、套箍系数小于0.5的薄壁钢管...     

椭圆钢管混凝土受扭性能及抗扭承载力计算

为研究椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算,文章通过ABAQUS建立了椭圆钢管混凝土受扭构件的理论分析模型,开展了椭圆钢管混凝土构件受扭性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、截面面积和长短轴比,揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯扭状态下的受力机理,提出了椭圆钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力简化计算公式。研究结果表明:椭圆钢管混凝土构件的抗扭强度承载力随着钢材强度、截面面积和含钢率的增大而增大;椭圆钢管混凝土构件的扭矩(T)-转角(θ)曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性强化阶段,表现出良好的塑性性能;提出的椭圆钢管混凝土构件抗扭强度承载力公式可用于椭圆钢管混凝土设计中。     

槽钢连接的新型地下管幕构件力学性能

以槽钢连接的新型管幕构件(CSTS)室内试验为依托,探究该结构的受力特征和破坏规律,利用粒子成像测速技术对构件截面变形进行观测,同时运用ABAQUS软件建立构件的有限元模型。基于此模型,分析钢管壁厚、翼缘板厚度、混凝土强度和钢管间距等参数对构件受力性能的影响规律,并采用多元线性回归理论对构件极限承载力进行研究。研究结果表明:构件发挥出良好的延性性能,钢管壁厚和混凝土强度对构件承载力影响不明显,钢管间距和翼缘板厚度对构件承载力影响较大;此外,根据极限承载力拟合计算公式可知,各参数中钢管间距的影响最显著。     

约束扭转状态下钢管混凝土抗扭承载力的有限元建模及参数分析

随着建筑结构跨度的不断增加以及形式的多样化发展,使建筑物抗扭性能的研究变得尤为重要.运用大型有限元通用软件ANSYS建立约束扭转状态下钢管混凝土构件的有限元实体模型,模拟其受扭全过程的荷载-位移曲线,并对该有限元模型进行验证.在此基础上,选取含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和长细比作为参数进行有限元参数分析,探讨这4个参数与抗扭承载力的相关关系.结果表明:长细比对约束扭转状态下的钢管混凝土抗扭性能有一定的影响,混凝土强度和钢材强度对抗扭承载力的影响基本是独立的,而混凝土对钢管混凝土抗扭承载力的影响不能忽略.     

圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁受弯性能研究

为研究圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受弯性能,设计制作了4根试验梁,并对其进行受弯加载试验。研究表明:圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受力过程可划分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段及破坏阶段;试验梁在加载过程中没有过早开裂,并且试件在屈服后依然有着较高的安全储备;试验梁破坏时的挠度值均在14 mm以上,远大于规范规定限值,表现出了良好的变形性能;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,结果显示,两者吻合较好,进一步拓展分析可知:型钢及混凝土强度对试件初始阶段的弹性刚度影响不大,随着型钢或混凝土强度的增加,试件承载能力会逐渐上升,而其延性系数则会逐渐下降。     

变截面平缀管式钢管混凝土格构柱的抗震性能

应用OpenSEES通用程序建立变截面平缀管式钢管混凝土格构柱有限元模型,试件的分析结果与拟静力试验结果吻合良好。以柱肢坡度为计算参数,对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱开展抗震性能研究,探讨了构件的耗能能力、骨架曲线、结构延性、刚度退化等方面的受力性能和规律,并与等截面钢管混凝土格构柱进行对比研究。在此基础上进一步分析了轴压比、试件高度(长细比)、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、支主管管径比、钢材屈服强度、混凝土强度等参数对变截面平缀管式钢管混凝土格构柱抗震性能的影响,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和变截面钢管混凝土格构式桥墩的工程应用提供参考。