钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线影响因素

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线的影响,确定影响节点"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,为该种节点的设计提供参考.方法设计了24个钢材屈服强度、含钢率等参数不同的节点,采用有限元软件模拟了全部节点在低周往复荷载作用下的受力过程,分析了不同参数对弯矩-转角骨架曲线的影响,模拟前采用已有文献试验结果验证了模拟方法.结果钢材屈服强度、含钢率和梁柱线刚度比的增大,该种节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度明显增大;轴压比对节点弯矩-转角骨架曲线影响很小;加强环板宽度增加,对节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度提高幅度不大;距离和孔间距增大或开孔率减小,节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度有所增加,但增加幅度不大,并且增加程度在非弹性阶段更为明显.结论开孔率、距离和孔间距是引起该种节点更容易实现"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,影响程度开孔率最大、孔间距最小.     

矩形钢管混凝土抗弯性能数值分析与简化计算

为了深入认识压弯构件的工作机理,进一步确定抗弯刚度等力学指标,根据简化钢材本构关系和考虑约束效应的核心混凝土本构关系,采用有限条分法计算纯弯构件的弯矩-曲率曲线,并与试验结果进行对比,二者吻合良好;对试验和数值分析曲线线性拟合得到构件弹性阶段的抗弯刚度,提出其简化计算式;分析影响纯弯构件承载力的影响因素,提出考虑钢管塑性发展的简化计算公式,并与试验结果进行对比,结果表明,该计算式可以有效地计算矩形钢管混凝土的抗弯承载力.     

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.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

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.     

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.     

钢管轻集料混凝土偏心受压构件承载力分析

为研究钢管轻集料混凝土构件偏心受压状态下的承载力计算方法,基于长径比为12,28和56等共54根不同偏心率的钢管轻集料混凝土偏心受压柱的承载力试验结果,分析各参数对钢管轻集料混凝土承载力的影响规律。应用多种规范对试验构件的承载力进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比分析。针对试验结果,分析压弯构件的FN/FNu-FM/FMu相关性曲线。研究结果表明:偏心率越大、长径比越大、含钢率越小,钢管轻集料混凝土的极限承载力越低;极限承载力的规范计算结果均小于试验值,且由国外规范所得的计算结果小于由国内规范所得计算结果,现有规范对钢管轻集料混凝土的适用性有待进一步研究;小偏心率压弯构件的FN/FNu-FM/FMu相关性曲线可简化为直线。     

T形钢管混凝土组合构件抗弯性能

将两根矩形钢管直接焊接形成新型T形钢管混凝土组合构件,进行了8组共16个T形钢管混凝土组合构件的抗弯试验,分析了含钢率、剪跨比、截面尺寸等参数对新型T形钢管混凝土组合构件抗弯性能的影响,比较了新型T形钢管混凝土组合构件和传统T形钢管混凝土组合构件的抗弯性能.运用有限元软件ABAQUS对构件的弯矩-挠度曲线进行了全过程分析.数值分析结果与试验结果符合良好,两者的承载力差值在5%以内.提出了新型T形钢管混凝土组合构件抗弯极限承载力的计算公式,并运用该公式计算了5组试件的弯曲极限承载力,计算结果与试验结果误差最大为14%,结果令人满意.     

方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点骨架曲线影响因素

为了分析不同因素对内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载-位移骨架曲线的影响,采用有限元软件对27个中柱节点在低周往复荷载下的受力过程进行模拟;模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证,提取各节点的荷载-位移骨架曲线,并计算各节点的屈服荷载、极限荷载、破坏荷载、屈服位移、极限位移和位移延性系数。结果表明:环板宽度、环板厚度、轴压比和梁柱端第1个孔洞中心到柱壁的距离对节点荷载-位移骨架曲线影响较小,钢材屈服强度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比、孔间距和开孔率对节点荷载-位移骨架曲线影响较大;钢材屈服强度和梁柱线刚度比增大,节点的承载力显著增强,位移延性系数明显减小;柱截面含钢率增大,节点的承载力增大,但屈服位移和极限位移逐渐减小,骨架曲线呈现显著下降的趋势;孔间距增大或开孔率减小,节点承载力显著增大。     

六边形钢管混凝土角柱的抗剪力学性能研究

为研究在剪切荷载作用下六边形钢管混凝土角柱的力学特性,在确定合理的钢和混凝土本构模型后,运用有限元数值分析软件ABAQUS模拟典型六边形钢管混凝土纯剪构件,开展工作机理分析和参数分析。研究表明:六边形钢管混凝土构件中核心混凝土承担了约40%的荷载,混凝土的作用不能忽视;六边形钢管混凝土构件表现出较高的极限承载力和延性;钢管对核心混凝土可起到良好效约束作用,约束主要集中在角部区;钢管的剪力主要由腹板承担;混凝土抗压强度、钢材屈服强度和含钢率对构件的抗剪承载力影响较大;含钢率对剪切刚度的影响较大。最后,建议了六边形钢管混凝土角柱抗剪承载力的简化计算式,简化计算值与有限元模拟值吻合程度较好,可应用于工程实际。     

钢管轻集料混凝土柱滞回性能影响因素研究

对钢管轻集料混凝土构件在水平往复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究和有限元计算。分别以材料强度、轴压比和含钢率的变化为参数设计构件。混凝土本构模型采用修正后的塑性损伤模型,计算得到的各构件滞回曲线与试验结果对比,验证了模型的准确性。研究结果表明,钢管轻集料混凝土柱的破坏形态为钢管底部位置的局部鼓曲破坏,核心混凝土以受压损伤破坏为主;构件滞回曲线饱满,骨架曲线完整,表现出较好的滞回性能。核心轻集料混凝土强度、轴压比、径厚比和钢管强度分别对骨架曲线产生了一定的影响。各构件等效粘滞阻尼系数基本在0. 35左右,表现出了较好的耗能性能。     

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6～8根为最优。     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

FRP-混凝土-钢双壁空心管的截面弯矩-曲率全曲线

为研究纤维增强复合材料(FRP)-混凝土-钢双壁空心管的抗弯性能,完成了3根试件的抗弯试验。采用条带法计算了3个试件和12个双壁空心管计算模型的截面弯矩-曲率曲线;推导了双壁空心管受弯承载力理论计算式。结果表明:该种双壁空心管受弯时,受拉区的FRP管环向受压、受压区的FRP管环向受拉,跨中挠度达到跨度的1/24时承载力尚未下降。在试验、数值计算和理论计算结果的基础上,提出了该种双壁空心管受弯承载力简化计算式,建立了以弯曲刚度表示的该种双壁空心管截面弯矩-曲率关系三折线模型。     

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.     

外包钢—混凝土组合梁负弯矩区承载力数值分析

针对外包钢-混凝土组合梁负弯矩区抗弯承载力性能,利用ABAQUS6.12有限元软件对组合梁进行非线性有限元数值模拟.有限元结果与试验值对比结果吻合较好.利用该模型,分析外包钢-混凝土组合梁负弯矩变形机理,探讨了混凝土强度等级、抗剪连接件间距、钢材屈服强度等因素对组合梁负弯矩区承载力的影响,为工程设计提供依据.     

钢管再生混凝土受弯构件有限元分析

目的建立再生混凝土塑性损伤模型,对已有试验进行模拟,以验证其本构关系及有限元分析的正确性.方法通过有限元软件ABAQUS建立模型,对三组圆钢管再生混凝土和三组方钢管再生混凝土梁进行有限元分析,研究不同取代率下钢管混凝土梁的受力特性.结果不同再生混凝土取代率对方钢管受弯构件影响较大,而对圆钢管构件影响较小.圆钢管再生混凝土构件受力特性和普通混凝土构件差异不大,故在不同取代率下的计算方法可同普通圆钢管混凝土一样,而对于方钢管再生混凝土则需要根据混凝土约束系数进行修正.结论模拟所得梁跨中弯矩-应变曲线和试验结果吻合较好,证明了模型的正确性.     

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.     

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%～8.4%,约束效应系数在1.2～1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。