型钢混凝土十字形异形柱抗震性能试验及有限元分析

为研究型钢混凝土十字形异形柱的抗震性能,完成4个不同轴压比、配钢率、加载方向试件的低周反复荷载试验。对不同设计参数试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形能力、耗能能力进行分析。根据试验结果,采用ABAQUS对试件进行有限元分析,分析得到的试件的破坏形态、骨架曲线及承载力与试验结果总体上吻合较好。试验及有限元分析结果表明:型钢混凝土十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力和耗能能力。与钢筋混凝土十字形异形柱相比,型钢混凝土十字形异形柱承载力高、抗震性能好,可适用于高层建筑以及抗震设防烈度较高地区的建筑中。     

SRC不等肢L形截面异形柱正截面承载力研究

在试验研究的基础上，对型钢混凝土（SRC）不等肢L形截面异形柱的正截面承载力进行有限元数值分析，利用数值迭代法编写了SRC不等肢L形截面异形柱承载力计算程序，由该程序可求得SRC不等肢L形截面异形柱正截面承载力的N-M及Mx-My相关曲线，并能得到其极限承载力，计算结果与试验结果吻合较好；通过计算可知，SRC异形柱比相同截面的钢筋混凝土（RC）异形柱正截面承载力提高很多；最后给出了SRC异形柱的实用设计计算步骤．     

钢管再生混凝土轴压短柱力学性能初探

通过对8个钢管再生混凝土轴压短柱以及2个钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较了钢管再生 混凝土与钢管混凝土的荷载-变形关系曲线和强度承载力关系．采用数值方法计算了构件的荷载-变形曲 线,计算结果与试验结果吻合良好．采用有关设计规程对钢管再生混凝土的强度承载力进行计算,分析了 各规程在计算钢管再生混凝土轴压强度承载力时的适用性．     

钢筋混凝土异形柱非线性分析

在13根钢筋混凝土异形柱低周反复荷载试验研究的基础上,采用非线性分析方法对异形柱受力性能进行分析,并编制了计算异形柱荷载-位移骨架曲线的程序,计算结果与试验结果吻合较好,为预测地震作用下的钢筋混凝土异形柱的非线性行为提供了一种便捷的方法.此外,根据程序的计算结果,分析了轴压比、不同柱肢尺寸等因素对异形柱承载力和变形的影响.结果表明:轴压比的增大会提高异形柱的承载力,但试件变形能力有所降低;异形柱腹板尺寸增大时可以有效提高试件的水平极限承载力.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

轴压比对碳纤维布加固钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响

为研究碳纤维布加固钢筋混凝土异形柱的抗震性能,利用ABAQUS软件,模拟试验设计六根钢筋混凝土异形柱,建立在碳纤维布(CFRP)加固下钢筋混凝土异形柱的有限元模型.通过控制试件的CFRP布层数、肢长肢厚比、混凝土强度等级和配筋率等因素保持不变,分析试件的滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、总滞回耗能、刚度退化等参数,研究不同轴压比对CFRP加固钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响规律.结果表明:随着轴压比的增大,试件的耗能能力降低,但降低幅度变小;刚度退化速度逐渐降低;且轴压比对异形柱的负向极限承载力影响较大.     

中空夹层钢管混凝土柱轴压力学性能分析

在总结已有中空夹层钢管混凝土柱的特点的基础上,提出了八边形中空夹层钢管混凝土柱.为探讨此类轴压短柱和长柱的力学性能,首先通过理论分析得出试件承载力、典型破坏形态以及荷载-应变曲线;然后进行系统的试验研究,得到的试验结果与理论结果符合较好,通过对试验现象的分析得出各自的力学特点以及承载力的影响因素;最后运用该理论模型对承载力影响因素进行了尺寸拓展,并结合数值模拟数据,对影响因素进行了回归,提出了合理的八边形中空夹层钢管混凝土轴心受压柱承载力计算公式,计算值与理论分析结果、试件结果均能较好符合.     

基于单位荷载法的钢管混凝土组合异形柱计算长度系数研究与验证

为解决钢管混凝土组合异形柱在进行构件稳定验算时计算长度系数不明确的问题，利用有限元软件Midas/Gen，采用单位荷载法在钢管混凝土组合异形柱框架-支撑结构整体模型下进行特征值屈曲分析，并通过欧拉公式反算得到钢管混凝土组合异形柱的计算长度系数．研究了网格划分、楼板、短梁对单肢柱计算长度系数分析结果的影响，结果表明各层异形柱沿其高度方向划分为10段、连接板宜沿其宽度方向划分为2段，同时去掉模型中的楼板、短梁可提高结果的安全度和软件分析速度．在上述分析结果基础上，建立了考虑组合异形柱网格划分、去掉模型中的楼板、短梁的整体结构模型，分析了不同异形柱平面位置、所在楼层、梁截面尺寸和楼层总数等因素影响下的单肢柱计算长度系数，结果表明：单肢柱计算长度系数随着所在楼层的上升呈现增大趋势，8～20层单肢柱计算长度系数随梁截面的增大而减小，大部分楼层的单肢柱计算长度系数随楼层总数减少而增大．根据所得数据，基于安全性和计算简便的考虑，给出了各层钢管混凝土组合异形柱中单肢柱计算长度系数建议值．基于计算长度系数的建议取值，分析得到整体模型中各单肢柱的应力比，并与直接分析设计法得到的应力比进行了对比，结果表明两...     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

及有限元参数化分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.     

SCFST柱框架-支撑结构恢复力模型

通过对SCFST柱框架-支撑结构进行拟静力性能研究发现,支撑、梁、柱依次发生破坏,结构破坏机制合理,滞回曲线呈梭形,无捏拢现象,耗能能力良好,骨架曲线的下降过程较为平缓,延性较好,结构在整体上表现出较好的抗震性能,有限元数值模拟与试验结果符合程度较高,验证了有限元模型的正确性。主要研究支撑两边柱的轴压比、单肢柱不同组合截面形式和框架-支撑结构中支撑钢管的刚度等因素,基于大量的有限元数值模型对其进行分析,得到了SCFST柱框架-支撑抗侧力结构的恢复力模型。运用回归分析方法建立结构的三折线骨架模型,明确了SCFST柱框架-支撑结构的滞回和退化规律,建立了此体系框架-支撑结构简化的滞回模型,并与试验结果进行对比分析,二者骨架曲线基本一致,滞回环形状均呈近似的平行四边形,吻合度较高。     

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。     

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。     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文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圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.     

哑铃形不锈钢管海砂混凝土长柱轴压承载力分析

为研究哑铃型不锈钢管海砂混凝土长柱轴压性能,以郑州黄河二桥为工程背景,开展该类长柱结构轴压试验研究;通过有限元参数分析,提出该类结构承载力计算简式.研究结果表明:轴向荷载作用下,哑铃形不锈钢管海砂混凝土长柱的破坏模态表现为侧向挠度发展较大的整体失稳破坏;现有相关规范高估了试验构件的稳定系数;提出的稳定系数计算简式可较为...     

带圆钢管劲性高强混凝土轴压短柱试验研究

介绍了包括带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱、钢管高强混凝土短柱以及普通高强混凝土短柱在内共13个试件的轴心受压试验,主要研究了带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的破坏特征、延性和极限承载力.研究结果表明,核心圆钢管的存在,改善了高强混凝土短柱的轴压性能;短柱中的混凝土与钢管能够共同工作直到破坏,其极限强度可以用叠加原理计算.     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.