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.     

FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱轴压性能有限元分析

以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5%,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6%～7%.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4%～5%.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比...     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

轴心受压FRP约束混凝土柱应力-应变关系曲线计算

采用多轴应力下Ottosen混凝土应力-应变关系及Ottosen破坏准则,以核心混凝土与FRP约束层变形协调为边界条件,通过编制程序对FRP约束混凝土轴压短柱应力-应变关系曲线进行了计算,并与试验结果进行了对比,结果表明理论计算方法与实验结果吻合良好.     

型钢-钢管混凝土轴压柱核心混凝土应力-应变关系

对型钢-钢管混凝土轴压柱核心混凝土的受力特征进行分析;借鉴典型的约束混凝土本构关系,提出核心混凝土等效单轴受压应力-应变关系模型,该模型考虑了型钢翼缘对核心混凝土约束效应的贡献。利用所建立的核心混凝土应力-应变关系模型,采用数值方法对型钢-钢管混凝土轴压组合柱的荷载-变形关系进行分析。研究结果表明:核心混凝土内部存在双重约束区域,其力学性能与钢管混凝土柱中的核心混凝土存在差异;数值计算结果与试验结果较吻合,表明所提出的核心混凝土应力-应变关系模型能较准确地描述型钢-钢管混凝土轴压柱的受力过程、变形特征和承载能力等基本力学性能。     

改进组合式T形钢管内核心混凝土应力-应变关系

文章基于改进组合式T形钢管混凝土柱轴压试验结果,详细分析了在轴压状态下钢管对核心混凝土的约束特点,通过截面合理划分和假定,并借鉴已有的箍筋约束混凝土应力-应变关系,提出了改进组合式T形钢管内核心混凝土应力-应变关系;在分析主要影响参数的基础上,给出了应力-应变关系参数计算表达式;采用有限元软件ABAQUS对改进组合式T形钢管混凝土柱轴压荷载-应变关系曲线进行了数值计算,并将有限元计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提核心混凝土应力-应变关系的合理性。     

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.     

FRP管-混凝土-钢管组合双壁空心柱抗震性能的研究进展

纤维增强复合材料(FRP)管-混凝土-钢管组合双壁空心柱是一种由FRP外管、钢内管以及两者之间填充的混凝土3部分组成的新型组合柱。FRP外管的纤维缠绕方向为环向或接近环向,可对混凝土提供约束并可提高其抗剪承载力;FRP外管可保护钢内管不接触腐蚀环境,而使其具有优越的耐腐蚀性能;钢管可起到纵筋的作用,为该柱提供轴力;而内部填充的混凝土受到FRP外管和钢内管的共同约束作用,使该柱具有优越的延性和抗震性能。结合国内外研究成果,阐述了FRP管-混凝土-钢管组合双壁空心柱抗震性能的研究进展,分析了FRP管厚度、轴压比、混凝土强度等对该新型组合柱的抗震性能的影响。     

方钢管-钢骨高强混凝土轴压短柱承载力分析

为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土轴心受压短柱的特性,综合考虑钢骨存在对混凝土的影响,修正了方钢管混凝土核心约束混凝土应力-应变模型;采用纤维模型法编制了非线性分析程序,计算了荷载-纵向应变关系曲线,并与有关文献的试验曲线进行了对比,计算结果与试验结果吻合得很好.最后,通过对大量计算结果的回归分析,得出了实用的轴压短柱承载力计算公式.     

钢骨-圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

为研究钢骨-圆管混凝土轴压短柱的相互作用关系,建立钢骨-圆管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式,采用三维有限元法和弹塑性法对钢骨-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行分析。采用有限元法分析钢骨-钢管混凝土轴压短柱和钢管混凝土轴压短柱的钢管纵向应力与横向应力、核心混凝土的纵向应力以及钢骨纵向应力的变化。基于极限平衡理论建立钢骨-圆管混凝土轴压短柱承载力计算公式。研究结果表明:由于钢骨对核心混凝土的约束,钢骨屈服后纵向应力略低于其屈服强度;与钢管混凝土相比,由于同时受钢管和型钢的约束,钢骨-钢管混凝土中核心混凝土纵向应力有所增大,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减小,钢管减少了对核心混凝土的约束作用;短柱承载力公式计算结果与有限元计算结果相近,且与试验结果相比,这2种计算结果都偏于安全。     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力

为了研究钢管混凝土核心柱的轴压性能及轴压极限承载能力,以钢管混凝土核心柱中钢管混凝土及矩形箍筋约束混凝土的应力应变关系为基础,结合已有的试验及理论研究成果,将钢管混凝土核心柱轴压破坏过程分为3个阶段,定义了钢管混凝土核心柱的轴压极限状态,并提出了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力的计算公式。该计算公式明确反映了箍筋套箍指标对核心柱承载能力的影响。计算结果与试验吻合良好。     

BFRP管约束再生混凝土圆柱轴压试验

为研究玄武岩纤维复合材料(BFRP)对再生混凝土力学性能的提升作用，对BFRP管约束再生混凝土圆柱进行了轴压试验，分析了BFRP层数对圆柱轴压性能的影响。试验结果表明：BFRP管约束再生混凝土圆柱的失效模式表现为BFRP断裂引起的圆柱受压破坏，BFRP管约束可以显著提高再生混凝土圆柱的承载力和变形能力，轴压应力-应变曲线表现出明显的强化段。随着BFRP层数的增加，约束再生混凝土的轴压强度比未约束再生混凝土提高了78%～281%,极限轴压应变提高了6.16～18.10倍，均显著高于对应的未约束普通混凝土的轴压强度和极限轴压应变。结合试验数据，评估了典型纤维复合材料(FRP)约束混凝土圆柱轴压强度和极限轴压应变模型在BFRP约束再生混凝土中的适用性，发现所评估的典型模型不能精确地预测试件的轴压强度和极限轴压应变。     

方钢管约束钢筋混凝土柱拟静力有限元分析

采用ABAQUS软件建立5根方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型并进行拟静力分析,模型考虑了混凝土的塑性损伤性质和钢材的弹塑性混合强化性质以及钢管、钢筋对核心混凝土的约束作用.在破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线和刚度退化-位移曲线的有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好的基础上,进一步分析了各部件的应力-应变和塑性耗能特征.结果表明:①高轴压比0.8作用下,钢管的约束作用可显著减小核心混凝土、纵筋和箍筋的应变峰值,提高柱的总塑性耗能值而降低核心混凝土的塑性耗能占比,延缓核心混凝土压碎破坏,提高承载力和延性;②当轴压比由0.34增大为0.65、0.8,各部件的压应变峰值以及总塑性耗能值都增大,核心混凝土的耗能占比增大而更易压碎;③当混凝土强度等级降低,钢管作为延性材料承担了更大比例的塑性耗能,提高了柱的延性.     

钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力有限元分析

提出了钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力的有限元计算方法.有限元建模中,钢管与腹板采用壳单元,混凝土采用实体单元.对试验构件的分析表明,有限元计算值与试验值吻合良好,腹腔内的混凝土受钢管紧箍力作用的影响很小,其应力-应变关系可按普通混凝土考虑.应用有限元计算方法,对哑铃型钢管混凝土构件的极限承载力进行了参数分析.结果表明,腹板间距的增加对极限承载力的提高呈非线性增长,腹板高度的增加与极限承载力的提高基本上呈线性关系.相比较而言,腹板间距增加对构件极限承载力的提高的影响要大于腹板高度的增大对其的影响.在参数分析的基础上,对其简化计算方法的比较表明,简单迭加法比等效单圆管法与试验值和有限元计算结果更为吻合、也更安全.     

负载下碳纤维布约束混凝土圆柱轴压应力-应变关系试验研究

通过32个碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验,研究了圆柱在不同的负载水平、混凝土强度和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析.试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果有明显影响.随着负载水平的提高,第2阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应.在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据试验结果,首次提出了考虑负载影响的第2阶段刚度、侧向膨胀系数、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土圆柱的应力-应变关系计算模型.     

外包 U 型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱隔板贯通节点试验

对一种新型外包U型钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱隔板贯通节点形式进行低周反复荷载下的试验研究, 并用 ABAQUS 对该试验节点进行有限元分析. 有限元模拟得出节点的破坏位置、应力分布、滞回曲线等抗震性能和试验得出的结果基本一致. 在有限元基础上, 考察 U 型钢梁壁厚、钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对节点抗震的影响. 结合试验破坏现象, 对节点构造不足之处加以改进. 结果表明: U 型钢梁壁厚对节点抗震性能有显著影响, 钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对抗震性能影响较小; 相比于单一地提高材料尺寸, 合理的构造措施可以更有效率地提高节点的抗震性能, 充分发挥组合材料的优越性, 提高材料利用的效率, 节约工程成本.     

高密度聚氯乙烯管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究高密度聚氯乙烯管混凝土短柱的轴压力学性能,制作了16个高密度聚氯乙烯管混凝土试件和4个无高密度聚氯乙烯管混凝土试件;并对其进行了轴心受压力学性能对比试验研究。研究了影响高密度聚氯乙烯管混凝土试件轴压力学性能的主要因素,包括管内混凝土强度、试件不同的受力方式、有无高密度聚氯乙烯管约束、试件的高径比等因素。试验结果表明,高密度聚氯乙烯管提高了混凝土柱的极限承载力,增大了核心混凝土的变形能力,高密度聚氯乙烯管对混凝土的约束效果随着混凝土强度的增加而有所降低;不同的受力方式下,试件的轴压承载力和变形能力有区别;随着试件高径比逐渐增大,高密度聚氯乙烯管混凝土承载能力逐渐减小,可塑性逐渐降低。     

碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验研究

为研究碱矿渣混凝土的受压应力-应变关系,分别制作单轴受压混凝土棱柱体标准试件和钢管约束条件钢管混凝土试件,开展单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验.结果表明:单轴受压条件下,碱矿渣混凝土立方体强度和棱柱体强度关系仍可采用现行规范建议式表示,采用无量纲两段式应力-应变关系模型拟合的单轴受压应力-应变关系与试验曲线结果吻合良好;钢管约束条件下,碱矿渣混凝土极限强度和极限应变均较单轴条件下有了明显提高,表明钢管约束作用能够较好地提高核心混凝土的强度和韧性性能;采用已有钢管约束核心混凝土应力-应变关系模型拟合的应力-应变关系曲线与试验曲线吻合较好.结果表明:现有普通混凝土应力-应变关系模型对单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土仍然适用.