压扭作用下混凝土异形柱的抗扭性能

为考察轴压比、截面形状、配筋情况对异形柱抗扭性能的影响,对9根混凝土异形柱在压力和扭矩共同作用下抗扭性能进行研究。试验结果表明:轴压比对钢筋混凝土异形柱的抗扭性能影响较大,异形柱的开裂扭矩和极限扭矩随轴压比的增加而增大。轴压比为0.189和0.314的L形柱的开裂扭矩较轴压比为0.063的提高了23.7%和74.0%,极限扭矩提高了14.2%和38.7%。轴压比为0.314的T形柱的开裂扭矩和极限扭矩较轴压比为0.189的分别提高了71.0%和16.0%。配置钢筋能显著提高素混凝土异形柱的开裂扭矩、极限扭矩和极限扭转角。轴压比为0.189的配筋L形柱、T形柱和十字形柱较相应的素混凝土异形柱的开裂扭矩分别提高了40.8%,18.9%和26.2%;极限扭矩分别提高了102.0%,106.1%和63.9%;极限扭转角分别提高了486.1%,469.4%和494.0%。轴压比、横截面面积和配筋率均相同时,异形柱的开裂扭矩从大到小依次为L形柱,T形柱,十字形柱。十字形柱和T形柱的极限扭转角较L形柱大34.6%~44.3%。     

压扭作用下钢筋混凝土 L 形柱的抗扭承载力

为了研究钢筋混凝土L形柱压扭承载力的实用计算方法,利用有限元方法较系统地分析轴压比、纵筋配筋率、截面尺寸和箍筋间距对压扭作用下L形柱抗扭承载力的影响规律。建立L形截面的扭转截面系数和相当极惯性矩的简化计算方法。进行5种轴压比、3种纵筋配筋率、8种截面尺寸和3种箍筋间距共360种工况的压扭作用下L形柱抗扭承载力的数值计算,建立压扭作用下钢筋混凝土L形柱抗扭承载力的实用计算公式。研究结果表明:轴压比对L形截面的扭转截面系数和相当极惯性矩的影响很小。压扭作用下L形柱的极限扭矩随轴压比的增加、纵筋配筋率的增大和箍筋间距的减小而近似呈线性增加,但当轴压比大于0.6时其极限扭矩开始随之下降。     

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证.结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合.在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加.在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏.因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加.经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小.在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏.     

钢骨混凝土T形柱基于ABAQUS的力学性能分析

利用有限单元法模拟了型钢混凝土T形截面异形柱的整个受力和变形过程。由于异形柱存在偏心受压失稳的情况,为了探讨轴压比与型钢位置对SRCT形截面异形柱延性与承载力的影响,可利用有限元分析软件ABAQUS对T形截面型钢混凝土(SRC)柱的受力性能进行了数值分析,通过混凝土损伤塑性模型考虑混凝土塑性发展。首先利用已有的实验数据通过数值模拟验证模型的有效性,再建立具有不同轴压比和不同型钢位置的三组模型,分析了轴压比与型钢位置对构件力学性能的影响,为工程应用提供参考依据。     

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.     

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.     

钢筋混凝土T形柱最不利荷载角的研究

探讨钢筋混凝土T形柱最不利荷载角及其影响因素.利用编制的钢筋混凝土异形柱截面全过程数值分析程序,通过对多种工况下钢筋混凝土异形柱正截面承载力的计算分析,结果表明异形柱最不利荷载角的影响因素主要是轴压比;截面尺寸对最不利荷载角有些影响;而混凝土强度、纵筋配筋面积对最不利荷载角的影响很弱.研究结果为钢筋混凝土异形柱的设计和异形柱的可靠性分析提供参考依据.     

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。     

压弯剪扭钢筋混凝土T形截面柱抗震性能试验研究

为研究钢筋混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以轴压比、扭弯比与肢高肢厚比为变化参数,设计了6根钢筋混凝土T形截面柱试件进行恒定轴压下弯剪扭低周反复加载试验.观察了试件的破坏过程及形态,获取了其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线.基于试验数据,分析了不同变化参数对该类T形柱抗震性能指标的影响.结果表明：随着扭弯比的增大,钢筋混凝土T形截面柱的破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭转剪切破坏;n=0.36与n=0.3相比,构件的抗扭与抗弯延性分别提高了31%与63%;γ=0.08～0.21时,随着扭弯比增大,试件的抗扭承载力与极限扭转角均有所增大,幅度分别为34%～52%与35%～58%,转角延性系数增大,幅度为24%～38%;ξ=2.5～3.0范围内,肢高肢厚比越小,T形柱的各项抗弯和抗扭承载力指标虽然降低,但提高了扭转和水平位移延性系数;试件的耗能能力主要取决于弯剪耗能能力;增大轴压比与扭弯比都会加快T形柱的扭转及侧移刚度退化;试件的受扭强度退化系数在0.80～0.98之间,受弯强度退化系数在0.75～1.00之间.     

钢管混凝土柱纯扭破坏尺寸效应细观数值分析

在地震作用下,钢管混凝土柱常受到扭转作用或压-弯-剪-扭复合作用,扭矩的存在会加剧钢管混凝土柱的破坏.为探究钢管混凝土柱纯扭破坏及尺寸效应行为,采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组分的非均质性及钢管与混凝土间的接触作用,建立了钢管混凝土柱的三维纯扭细观数值模型.分析了结构尺寸、套箍系数和截面形状对不同尺寸钢管混凝土柱纯扭破坏的影响.最后,对比并修正了Ba6ant尺寸效应律,提出了全尺寸范围内的名义抗扭强度公式.结果表明：(1)素混凝土柱纯扭破坏表现出显著的脆性破坏特征,而钢管混凝土柱纯扭破坏表现出一定的延性破坏特征;(2)钢管混凝土柱纯扭破坏具有尺寸效应,且方柱的尺寸效应强于圆柱;(3)在低约束作用(用套箍系数标征)下,钢管混凝土柱纯扭破坏尺寸效应较为明显,随着套箍系数的增加,名义抗扭强度的尺寸效应被削弱.     

L形钢管混凝土组合柱抗震性能分析及水平承载力设计方法

为研究不同构造参数对L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D柱)抗震性能的影响规律,通过建立有限元模型并与已有试验结果进行对比,在验证模型合理准确的基础上,对轴压比、钢管截面尺寸、宽厚比、连接板厚度、长细比、混凝土及钢材强度进行参数化分析。结果表明:轴压比小于0.6时,提高轴压比可以适当提高峰值荷载;随着轴压比的继续增大,峰值荷载都降低;单肢截面尺寸的增加,可以明显提高承载力、延性、耗能能力和极限变形能力;随着长细比的增加,承载力急剧降低,但耗能能力提高;连接板厚度的减小可以提高耗能能力。水平承载力设计公式预测值与试验值吻合良好,平均误差小于6%。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

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.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

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．     

纤维布加固高轴压混凝土柱抗震性能

设计了 3个高轴压混凝土柱试件 ,其中 1个为对比试件 ,2个为采用了不同包裹形式的纤维布加固试件 ;在低周反复荷载作用下 ,通过对试验现象和测试数据详细的描述与对比分析 ,研究了纤维布加固法对高轴压混凝土柱抗震性能的改善情况 ;利用通用有限元计算程序 ,对低周反复试验进行了全过程仿真模拟 .研究表明 ,适宜的纤维布加固方式 ,可以大幅度提高高轴压混凝土柱的抗震性能 ,同时利用考虑纤维布约束混凝土本构关系的有限元计算方法能够较为准确地模拟纤维布加固高轴压混凝土柱的非线性性能 .     

960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法

为研究960 MPa(屈服强度标准值)高强度钢材轴心受压构件的局部稳定受力性能,本文使用ANSYS软件建立有限元模型,对4个箱形截面和4个工字形截面轴心受压构件进行了有限元分析.模型考虑了几何初始缺陷及焊接残余应力的影响,提取构件的极限承载力和局部屈曲临界承载力的有限元计算结果与试验实测结果进行对比,验证了模型的有效性.利用这种建模方法,对960 MPa高强度钢材箱形和工字形轴心受压构件的局部稳定受力性能进行了有限元参数分析,并将有限元计算结果,以及本文汇总的已有试验结果,与中国、美国和欧洲的钢结构设计规范中轴心受压构件的设计曲线进行了对比,并提出了新的设计公式.结果表明,本文使用的有限元建模方法能够准确地分析计算960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲受力性能;几何初始缺陷和残余应力对构件的极限应力的影响很小,但是对板件宽厚比较大构件的局部屈曲应力的影响相对较大;相对于中美欧现行钢结构设计规范中的设计方法,本文提出的设计公式更适用于960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲应力和屈曲后极限应力的设计计算.     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件全过程分析

在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序,并对试验构件进行了全过程分析.在考虑钢纤维高强混凝土抗拉强度作用时,能较好地模拟试验构件的荷载-变形全过程,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,其结论也得到相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实.     

高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁的约束扭转效应分析

为分析高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁桥约束扭转效应,采用薄壁箱梁约束扭转的理论解析法,建立列车活载作用下的约束扭转微分方程,结合ANSYS软件的精细数值模拟结果,对比研究了箱梁在约束扭转下的扭转角、翘曲双力矩、约束扭矩等力学参数的变化规律,研究了腹板倾角、高宽比和悬臂板宽度等计算参数对约束扭转应力的影响规律。结果表明：扭转角在跨中处达到最大,翘曲双力矩在1/4跨、1/2跨处峰值基本一致,约束扭矩在跨中处达到最大值。板壳有限元解与解析解的计算结果存在一定差异,且翘曲正应力在腹板和底板相交处最大相差为66.6%,有限元解更为精确。简支梁跨中截面悬臂端的翘曲效应最明显,翘曲比例系数可达9.16%。翘曲应力总体随高宽比、腹板倾角的增大而减小。     

钢筋混凝土框架柱的三维有限元模拟分析

通过ANSYS软件模拟了单调荷载作用下钢筋混凝土试验框架柱的荷载—位移曲线,并与相应的试验结果进行比较分析.在有限元模拟试验框架柱的基础上,用ANSYS软件模拟了未做过试验的不同轴压比下的框架柱荷载—位移曲线.最后,根据ANSYS模拟的普通混凝土和高强混凝土框架柱的单调荷载—位移曲线,分析和讨论了箍筋形式、混凝土强度及截面形式等因素对轴压比限值的影响,从而确定出各种情况下的轴压比限值.