尖端形椭圆钢管混凝土构件压扭复合受力性能分析

文章基于等效本构模型建立了尖端形椭圆钢管混凝土(oval-ended elliptical concrete-filled steel tubular, OECFST)构件在压扭复合受力下的有限元分析模型,揭示了OECFST构件在压扭复合受力状态下的受力机理和破坏模式,探讨了不同截面形式下轴压比对扭矩转角曲线的影响,分析了钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比及截面面积等参数的影响规律。结果表明:OECFST构件在压扭复合受力下表现出良好的塑性性能,且轴压下抗扭承载力随着钢材强度、含钢率的增大而增大,随着长短轴比的增大而减小,混凝土强度的改变对其影响较小;随着约束效应系数增大,轴压比值与扭矩比值的相关系数有所提高,长短轴比和尺寸效应对其影响较小。研究成果可为OECFST结构设计和应用提供参考。     

椭圆钢管混凝土短柱局部受压性能研究

文章建立了局部受压作用下椭圆钢管混凝土柱的有限元分析模型,考虑了椭圆截面特征、材料非线性和钢-混凝土复杂接触问题,通过试验验证了有限元分析模型的准确性,研究了局部受压面积、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比、截面面积和垫块形状等参数对椭圆钢管混凝土局部受压承载力的影响,揭示了其工作机理和破坏模式。研究结果表明,椭圆钢管混凝土局部受压承载力随钢材强度、混凝土强度、截面面积及含钢率的增大而增大;其局部受压作用下的破坏模式有柱上部L/4处鼓曲破坏和柱下部L/4处鼓曲破坏2种模式。椭圆钢管混凝土短柱在局部受压作用下的荷载-位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段及下降段,均与局部受压面积比有关。研究结果可为椭圆钢管混凝土柱设计提供参考。     

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。     

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。     

圆端形椭圆钢管约束混凝土本构关系等效方法和轴压性能研究

目前国内外对圆端形椭圆钢管混凝土柱的受力性能研究尚不系统,缺乏合理的圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型。为了解决核心混凝土本构关系问题,文章提出一种计算圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系的简化等效方法,用试验结果验证了该方法的可行性和准确性。采用ABAQUS有限元程序建立了圆端形椭圆钢管混凝土轴压短柱的数值分析模型,研究了诸多参数对圆端形椭圆钢管混凝土轴压承载力的影响,揭示了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式主要包括中部鼓曲破坏、端部鼓曲破坏和多带鼓曲破坏;其轴压受力特征均与约束效应系数有关;圆端形椭圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力随混凝土强度、钢材强度及截面尺寸的增大而增大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土柱理论研究和工程应用提供参考。     

后置钢管式钢筋混凝土中长柱偏压性能试验分析

文章为探究后置钢管式钢筋混凝土(post-wrapped steel tube retrofitted reinforced concrete, PSTRRC)中长柱的偏压性能,进行了13个PSTRRC试件的偏压试验,研究了偏心率、灌浆料截面面积置换比及长细比等参数对PSTRRC中长柱轴压承载力、延性及强度提高系数等偏压性能指标的影响,并揭示了偏压荷载作用下的钢管表面纵向应变和环向应变的发展规律,最后通过分析跨中截面的钢管表面纵向应变沿截面高度分布规律验证了平截面假定。研究表明:偏压荷载作用下,PSTRRC中长柱试件在0.25倍、0.50倍、0.90倍柱高位置处会发生破坏;随着偏心率增大,PSTRRC中长柱的偏压极限承载力逐渐降低,而延性和强度提高系数逐渐增大;随着灌浆料截面面积置换比增大,PSTRRC中长柱的偏压极限承载力和强度提高系数逐渐增大,而延性逐渐降低;随着长细比增大,PSTRRC中长柱偏压极限承载力、延性及强度提高系数逐渐降低。研究结果可为实际工程中钢筋混凝土结构的加固工程提供参考。     

钢管约束超高性能混凝土柱的抗震性能

使用Abaqus通用软件对钢管约束超高性能混凝土柱的抗震性能进行数值仿真分析,探讨该类新型组合柱的破坏模式、滞回曲线、位移延性、刚度退化以及能量消耗等,研究轴压比、长细比、混凝土强度、钢管强度、径厚比等参数对钢管约束超高性能混凝土柱抗震性能的影响,提出合理参数范围.结果表明:钢管约束超高性能混凝土柱具有良好的耗能能力及抗震性能;轴压比和长细比对其抗震性能影响较大,轴压比宜为0.1～0.3,长细比宜为5～11;而混凝土强度、钢管强度和径厚比对其抗震性能影响较小.     

钢管轻集料混凝土长柱轴压性能试验研究

对18根不同长细比和含钢率的钢管轻集料混凝土长柱进行轴压试验,研究了钢管轻集料混凝土长柱在轴心压力下的受力性能,并与钢管普通混凝土进行了对比.结果表明:钢管轻集料混凝土长柱破坏属于整体失稳破坏,长细比越大,其承载力和稳定系数越低,加载过程中由全截面受压转为一侧受拉一侧受压,最终因为挠度过大而破坏;相同长细比情况下,钢管轻集料混凝土构件的承载力随含钢率增大而增大;核心混凝土性能对钢管混凝土的界限长细比有一定影响,钢管轻集料混凝土的界限长细比低于钢管普通混凝土;钢管轻集料混凝土的稳定系数要高于长细比相同的钢管普通混凝土.     

方钢管橡胶混凝土短柱的轴压力学性能试验

为了研究钢管橡胶混凝土柱的轴压力学性能,对8个方钢管橡胶混凝土短柱进行轴压试验;探讨橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对其力学性能的影响,给出了方钢管橡胶混凝土轴压承载力计算公式.结果表明:随着橡胶粉体积取代率的增加,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度均有下降的趋势;随着橡胶粉粒径的增大,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度也有所下降;由本文给出的轴压承载力计算公式所得到的计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测方钢管橡胶混凝土的截面强度.     

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较.同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律.结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大.     

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%。     

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.     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱轴压性能

以长细比和空心率为参数,设计制作12根嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱,以及用于对比的同参数钢管混凝土柱。通过轴压试验,获得了两种类型钢管混凝土柱的破坏形态和荷载-位移曲线,分析了长细比和空心率对试件轴压破坏形态的影响。试验结果表明:在试验的参数范围内,试件极限承载力随着空心率增大而降低,随着长细比的增加而降低,空心率对钢管混凝土构件的抗压能力影响较大,相较于实心构件,空心构件承载力降低程度最小为15%,最大可达34%。根据试验结果,提出嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱极限承载力的计算方法,为工程应用提供了参考。     

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.     

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.     

T形钢管混凝土柱轴心受压稳定承载性能研究

基于9根T形钢管混凝土中长柱的单向、双向偏心受压试验的结果,建立了T形钢管混凝土柱用于纤维模型程序分析其承载力的本构模型.在验证纤维模型程序合理性的基础上,对T形钢管混凝土柱轴压稳定性能进行了参数研究.研究参数包括:钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、长细比以及加载角度.理论结果表明:长细比是影响T形钢管混凝土柱轴压稳定承载力的主要因素,混凝土工作承担系数和加载角度也对钢管混凝土柱的承载力有一定影响.纤维模型计算的柱子曲线与钢结构规范的a,b,c,d类曲线之间的比较表明:不同参数截面的T形钢管混凝土柱的柱子曲线会在一个较宽带宽范围内变化.最后,在大量参数分析基础上,考虑长细比和混凝土工作承担系数的影响,提出了T形钢管混凝土轴压柱的稳定承载力系数的实用计算方法.理论公式计算结果与已有试验结果吻合良好,可为工程设计提供理论参考.     

方钢管再生混凝土长柱轴心受压试验研究

以再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚为变化参数,制作了7个方钢管再生混凝土柱试件进行轴心受压试验,分组分析了各参数对试件受压性能的影响.试验研究表明:方钢管再生混凝土长柱轴压承载力,随再生骨料取代率、长细比的增加而降低,随钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土轴压长柱的轴向平均应变,随再生骨料取代率、长细比的增加呈增长趋势,随着钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土长柱的弹性轴压刚度,随再生骨料取代率的增加而降低;随钢管长细比、壁厚的增加而增加.     

方、圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究与对比分析

文章对3个圆钢管和3个方钢管再生混凝土柱在定常轴力作用下进行了水平低周反复荷载试验,试验主要考虑再生骨料替代率、轴压比和钢管壁厚3个参数变化对柱抗震性能的影响。试验结果分析表明,随着再生骨料取代率的增大,钢管再生混凝土柱的水平承载力有所降低,延性和耗能能力略有下降;钢管壁越厚,水平承载力越大,延性和耗能能力也越高;随着轴压比的增大,水平承载力有所提高,延性和耗能能力降低。试验表明方、圆钢管再生混凝土柱都具有良好的抗震性能,对比分析发现,在截面面积和用钢量相近情况下,方钢管柱的水平承载力和刚度比圆钢管柱有较大提高,延性降低。