轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

约束钢柱火灾下受力性能的参数分析

利用验证了的有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析。 考虑的参数包括轴力荷载比,弯矩荷载比,轴向约束刚度比,转动约束刚度比, 长细比和端部弯矩比等。参数分析的结果包括各参数对钢柱的轴力－温度关系曲线和跨中截面－温度关系曲线的影响, 以及各参数对约束钢柱的 临界温度,无约束钢柱与约束钢柱临界温度之差,约束钢柱的临界温度与屈曲温度之差的影响等。 主要结论为：(1) 约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;(2) 约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;(3) 轴向约束减小约束钢柱的临界温度,并且随之轴向约束刚度的增加,钢柱的临界温度逐渐减小,但 是存在一个临界轴向约束刚度比,当轴向约束刚度比大于该临界轴向约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对 钢柱的屈曲温度影响很小。     

轴向约束钢框架柱火灾升温下屈曲后性能研究

提出了一种改进的Jezék方法,用于火灾升温下轴向约束钢框架柱屈曲后性能分析,高温条件下钢材的应力-应变关系考虑了钢柱屈曲后凸侧可能出现的卸载现象.对轴向约束钢柱的参数分析表明,随着约束刚度的增大,钢柱附加轴力增大,屈曲温度降低,但轴向约束对屈曲后性能影响很小;荷载比大的构件抗火性能差,屈曲温度低,屈曲后轴力下降迅速;长细比小的构件,屈曲后轴力下降缓慢,屈曲后抗火性能显著提高;初弯曲大的构件,屈曲温度低,附加轴力小.在局部火灾下,利用约束钢柱的屈曲后性能,可显著提高其抗火性能.     

考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下屈曲温度与临界温度研究

通过参数分析研究考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下的屈曲温度与临界温度。考虑转动约束刚度比、轴向约束刚度比、荷载比,建立约束钢柱有限元模型,并采用文献中的试验进行验证。研究结果表明,约束钢柱静力分析和显式动力分析的屈曲温度几乎一致,而由静力分析得到的临界温度略小于由显式动力分析得到的临界温度,差别在30℃以内。随着转动约束刚度比的增大,屈曲温度与临界温度均上升,并且转动约束刚度比对临界温度的影响更大。随着轴向约束刚度比和荷载比的增大,约束钢柱的屈曲温度和临界温度均出现明显下降。基于参数分析的结果,在已有文献中关于钢柱屈曲温度和临界温度计算公式的基础上,提出新的屈曲温度和临界温度计算公式,提出的计算公式预测结果与本文有限元模拟结果吻合较好,利用试验数据对提出的屈曲温度和临界温度计算公式的有效性做进一步的验证,对比结果表明提出的计算公式可以很好地预测钢柱的屈曲温度和临界温度。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

畸变屈曲负弯矩区是钢-混凝土组合箱梁的最重要屈曲模式之一,而钢梁底板的转动及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲的关键因素.文中对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区钢梁底板的等效侧向及转动约束刚度进行了分析,结果表明钢梁底板侧向及转动约束刚度均与外荷载有耦合关系;基于钢梁底板侧向及转动约束刚度计算公式,利用弹性地基梁法推导了组合箱梁畸变屈曲临界应力计算公式,并进一步获得组合箱梁畸变屈曲临界弯矩;最后通过算例将该方法与ANSYS有限元法进行对比.算例分析表明:负弯矩作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载受构件长度影响较小;负弯矩作用下,转动约束刚度折减系数取0.5时,该方法屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果吻合良好.该方法利用了更为科学的钢梁底板侧向及转动约束刚度,考虑了负弯矩区底板和腹板的耦合失稳,计算方法物理意义更为明确,同时该计算方法较为简便,为变轴力作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载计算方法提供了理论基础.     

火灾下轴向约束钢柱性能的Shanley理论模拟

运用改进的Shanley理论对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行分析.在已有的Shanley模型上考虑轴向约束的影响,以铰链的两肢的应变作为基本未知量,考虑升温过程中引起的钢材的塑性变形和轴向温度膨胀,从而较为准确地得到钢柱的轴力-温度变化曲线,最后通过与初始轴力的对比得到钢柱的临界温度.计算结果表明该分析方法与有限元计算结果吻合较好.     

高温下约束混凝土子框架的框架梁内力研究

以约束钢筋混凝土子框架作为分析对象,针对不同梁截面尺寸和配筋率、梁跨度、侧向/竖向/转动约束刚度比等情况,利用自编程序开展了高温下约束子框架的框架梁内力研究.研究结果表明：1）高温下框架梁的轴力比和梁端弯矩均呈现出先逐渐增大而后逐渐减小的趋势,前者峰值可达0.35～0.4;2）随着侧向约束刚度比增加,轴力比明显增大,而升温中后期梁端弯矩则逐渐减小;3）梁截面宽度越小,轴力比的增长速率越快且更早达到其峰值;随着梁截面宽度增加,梁端弯矩明显增大.     

反复荷载作用下箱形压弯钢柱受力性能

分析16根箱形钢柱及85个数值计算构件的刚度退化特征、强度退化特征、荷载-位移变化曲线、破坏形态、应力分布规律,进而研究反复荷载作用下箱形压弯钢柱局部屈曲和整体失稳的相关作用机理。对试验数据及有限元计算结果进行统计分析,回归出反复荷载作用下箱形压弯钢柱稳定承载力的拟合公式。研究结果表明:当轴压比小于0.1或绕截面弱轴长细比小于40时,壁板局部屈曲对构件的受力性能起控制作用,腹板宽厚比对构件的延性、承载力退化、刚度退化均起主要作用;当轴压比大于0.2且绕截面弱轴长细比大于80时,构件整体失稳对其受力性能起控制作用,轴压比和长细比对构件受力性能的影响均非常显著。     

时变约束混凝土梁的升降温全过程内力分析

利用有限元软件ABAQUS,对时变约束混凝土梁的升降温全过程内力变化进行了探讨.首先考察了梁端轴向和转动约束刚度的变化趋势;然后对单调升温以及先升温后降温情况下,时变约束混凝土梁的轴力和梁端弯矩变化过程进行了计算分析,并与定常约束混凝土梁的相应结果进行了对比.结果表明:高温下时变轴向约束梁的最大轴力比小于定常轴向约束梁,轴向约束刚度比初值越小二者相差越大;高温下时变轴向约束梁的最大梁端弯矩与定常轴向约束梁几乎相同;时变转动约束下梁的轴力比和梁端弯矩随升降温时间的变化曲线都与定常转动约束下的相应曲线一致.     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能试验研究

通过4组16根箱形钢柱在偏心常轴压、柱顶反复水平荷载作用下的拟静力试验,研究轴压比、腹板宽厚比、柱顶弯矩等因素对箱形柱滞回性能的影响.试验表明,当柱顶轴力在腹板平面外的偏心小于b/8(b为翼缘板宽度)时,试件壁板屈曲变形为一个半波,腹板外凸,翼缘板内凹,变形基本对称.试件的塑性变形主要集中在柱根部区域,最大塑性变形一般出现在距固定端0.4～0.5h(h为腹板宽度)处.腹板宽厚比是影响构件抗震性能的主要因素,宽厚比越大,滞回曲线越不饱满,骨架曲线下降越陡,承载力及刚度退化越严重;轴压比的影响次之;柱顶弯矩的影响较小.根据试验结果,提出构件适用于四类抗震等级的定量判定标准及大跨度钢结构中箱形钢柱腹板宽厚比的设计建议.     

约束PEC柱(强轴)抗火性能试验研究

为了研究轴向约束对部分包裹型钢混凝土组合柱(PEC柱)抗火性能的影响,开展了轴向约束PEC柱的抗火性能试验研究和有限元分析.考虑轴压和绕强轴压弯两种受力形式,进行了两根ISO-834标准火灾作用下四面受火轴向约束PEC柱的抗火性能试验.测试了试件截面温度场分布、轴向及侧向变形和耐火极限,观察了试件的破坏过程.试验结果表明:施加柱端弯矩的约束PEC柱侧向变形速率大,其破坏形态与轴压约束柱明显不同,为绕强轴的弯曲破坏;相同荷载比下有柱端弯矩的约束PEC柱耐火极限比轴压约束柱略长,总体而言两者的耐火极限均较短.有限元分析结果与试验结果吻合较好,具有较高的精度,可用于进一步的参数分析.     

梯度温度下考虑剪切变形影响的弹性约束拱的力学行为

考虑了剪切变形的影响对梯度温度作用下弹性约束圆弧拱的力学行为展开研究,推导了梯度温度作用下工字形截面圆弧拱的有效中心位置,通过能量法推导了弹性约束拱在梯度温度作用下的平面内变形、轴力和弯矩显式表达式,数值讨论了具有不同圆心角和弹性约束的圆弧拱在梯度温度作用下的内力变化情况。结果表明,梯度温度对浅拱的影响较为显著。考虑剪切变形能够使拱的弯矩减小,同时拱的轴力随着弹性约束柔度增大而减小。     

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.     

双偏压双工字型钢混凝土方柱正截面承载力计算

以纤维法算出不同轴力下双工字型钢混凝土方形柱截面主轴和与主轴任意夹角方向的抵抗弯矩值,以这些数据为基础,用幂函数拟合等轴力时双向偏心受压柱承载力极限曲线,再用三次多项式拟合不同轴力时截面主轴抵抗轴力一弯矩关系,从而得到三维空间的双工字型钢混凝土方形截面双偏压承载力极限曲面．在计算机中建立相应的数据库,可实现双偏压作用下双工字型钢混凝土方柱承栽力的快速计算．     

约束混凝土柱升降温全过程弯矩分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程弯矩分析。考察了截面边长、配筋率、升温时间、转动约束刚度比等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱半高处弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了对比。通过192种工况的计算分析,建议给出了该类构件半高处弯矩变化系数的实用计算方法。研究结果表明：①升降温过程中,无转动约束柱的半高处弯矩变化系数呈现出先逐渐增大而后缓慢降低并渐趋平缓的变化趋势,明显不同于单调升温时的一直增大现象。②升降温过程中,转动约束柱的半高处弯矩变化系数首先迅速减小继而缓慢降低并渐趋平缓,单调升温时的变化趋势与此基本类似,但后期可能出现变化系数增大的现象。     

预埋增强介质对玻璃纤维复合材料低温弯曲性能的影响

针对低温飞行环境下玻璃纤维增强塑料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)可能出现的弯曲断裂问题,对预埋增强介质的GFRP层合板低温弯曲性能进行研究.首先,制备层间预埋碳纳米管薄膜和碳粉薄膜的GFRP层合板;其次,进行低温环境下的三点弯曲试验,并通过分析弯曲应力-应变曲线得出:低温环境...     

新型高强混凝土组合剪力墙受剪性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的延性和耗能能力,同时不削弱墙体的刚度和承载力,提出了双钢板高强混凝土组合剪力墙．利用Abaqus有限元分析软件,建立了无暗柱型与方钢管暗柱型两种双钢板高强混凝土组合剪力墙模型,分析了高宽比和轴压比对这两种组合剪力墙承载力和延性的影响,并对外侧钢板与混凝土的相互作用进行了分析．结果表明：随着高宽比的减小,这两种组合剪力墙承载力和弹性阶段刚度明显提高,破坏形态也由弯曲破坏向剪切破坏过渡．随着轴压比增大,无暗柱型组合剪力墙承载力下降,延性降低;方钢管暗柱型组合剪力墙承载力和刚度变化不大,延性呈下降趋势．设置方钢管暗柱可以加强对墙肢的约束,有效提高双钢板高强混凝土组合剪力墙的承载力和延性．