设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.     

配筋超高性能混凝土井盖试验及现场使用性能测试

对7个井字肋和1个十字肋的配筋超高性能混凝土（UHPC）井盖进行承载能力试验和有限元分析,试验参数为井盖结构形式和钢纤维掺量. 试验结果表明,井字肋UHPC井盖的极限承载力、 结构刚度和延性均优于十字肋UHPC井盖;井字肋UHPC井盖可满足钢纤维混凝土检查井盖对C250级井盖的强度要求. 其次,对井字肋UHPC井盖在重交通等级作用下开展现场使用性能测试,表明UHPC井盖在使用过程中产生噪音和跳动均较小,具有良好的抗振动和抗车辆冲击性能;其最大裂缝宽度不超过0.2mm,符合钢纤维混凝土检查井盖的规定.     

湘潭湘江四大桥模型试验的加载方法研究

基于ANSYS软件建立了湘潭湘江四大桥有限元模型,通过有限元理论分析研究了桁架式拱肋组合受力特点,提出了关于桁架拱肋拱桥活载试验的一种活载加载方法.该方法将拱肋实腹段(拱脚)断面与桁架段断面分别按弯矩影响线与应力影响线布置活载.然后分别按传统方法和本文提出的新方法进行模型试验.理论与试验结果表明:新方法更能准确找出危险断面的最不利工况加载位置,这种新的活载布置方法也可为同类钢管混凝土桁架拱桥的试验提供参考.     

端部设肋方钢管混凝土框架柱抗震性能分析

提出了一种端部设肋方钢管混凝土框架柱,采取在柱端部区域设置纵向加劲肋的方式避免端部过早地发生局部屈曲,以提高其承载力,改善延性和抗震性能.采用通用非线性有限元软件MSC.Marc建立壳-实体精细有限元分析模型对已有试验进行了非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好.在验证了有限元模型合理性的基础上,分析了不同参数条件下端部设肋方钢管混凝土框架柱的力学性能.研究表明,端部加劲肋能够延缓钢管壁的鼓曲,提高柱的承载力,显著改善柱的延性和抗震性能.端部加劲肋的设置长度以柱的1~2倍边长为宜,高度和厚度应满足一定的构造要求,可以通过增大加劲肋的厚度或增加每边加劲肋的设置数量来提高柱的承载力,且后者效果更好.     

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑性铰判定方法。结果表明：(1)当含肋率增大,柱的承载力、延性、总塑性耗能值显著提高,加劲肋的塑性耗能占比增大而混凝土的塑性耗能占比减小,对钢管影响较小;(2)当轴压比为0.2时,柱的承载力下降不明显,延性较好,故可不布置加劲肋,轴压比为0.5、0.8时,合理含肋率分别为0.2、0.4,加劲肋高度分别为1 000、1 500 mm;(3)当钢管纵向受压应变达到4倍屈服应变时,柱端出现塑性铰,进一步提出了考虑轴压比和含肋率的塑性铰长度公式,公式计算结果与有限元结果离散性较小。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能

对9根带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能进行了试验研究,其主要参数为轴压比和加劲肋的布置.通过试验,研究了试件的破坏形态、滞回特性和耗能能力等重要抗震性能指标.结果表明:轴压比对试件的滞回性能影响很大,当轴压比小于0.5时,四边设肋试件的滞回曲线较饱满,具有较好的延性和耗能能力,而对边设肋试件的滞回曲线出现了轻微的捏缩现象;当轴压比大于0.5时,试件的延性较差.在相同轴压比下2种设肋形式试件的极限承载力较接近,但是四边设肋试件的延性好于对边设肋的试件,滞回曲线更丰满.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果符合较好,为进一步开展带肋薄壁钢管混凝土柱的研究提供了基础.     

铝合金梁中腹板剪切屈曲的设计方法

针对铝合金梁中可能出现的腹板剪切屈曲,通过有限元方法研究了铝合金受剪板件的稳定性.利用已有试验结果验证了有限元模型;研究了影响铝板剪切屈曲的各种因素:腹板宽厚比、加劲肋间距、材料热处理类型、梁端是否有封头肋板;并给出了铝板剪切屈曲的临界屈曲强度和屈曲后强度的计算方法.结果表明:该公式可以得到准确而偏于安全的结果,适用于铝合金梁受剪板件局部稳定性的设计.     

钢管混凝土单圆管肋拱非线性有限元分析

提出考虑材料与几何双重非线性的钢管混凝土肋拱面内受力的计算方法并编制了有限元程序。有限元建模时采用空间梁单元。材料非线性应用合成法钢管混凝土本构关系。双重非线性采用采用混合法。应用该方法对钢管混凝土模型肋拱的受力全过程进行了分析。计算结果与试验结果比较表明，该程序能够反映钢管混凝土肋拱受力全过程的基本特性，但在受力的后期有一定的误差，表明钢管混凝土肋拱中的材料本构关系有其自身的特点，有待进一步的研究。     

内加劲肋对大尺寸KT型相贯节点抗震性能影响的数值模拟分析

相贯节点是钢管结构常用的节点形式,为评价不同加劲方式对大尺寸KT型相贯节点抗震性能的影响,使用有限元软件Ansys建立实体单元模型,分别对不设内部加劲肋、设置两个内部加劲肋、设置四个内部加劲肋情况下的相贯方钢管节点的滞回性能进行了有限元数值模拟分析,得到其在低周往复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线.通过比较各曲线异同,得出在竖腹杆下端设置加劲肋,节点的抗震性能最好.     

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.     

不同肋格形式装配式复合墙体抗震性能研究及拓优评价

为研究不同肋格形式装配式复合墙体抗震性能并进行墙体肋格形式择优,在对装配式复合墙体1/2比例模型拟静力试验及数值模拟的基础上,分析肋格形式对复合墙体抗震性能的影响规律,并对墙体肋格形式进行基于可拓优度评价法的多指标综合评价择优。结果表明墙体的承载力、延性、变形性能及耗能性能均随肋格数量的增加逐渐增大,但当肋格数量过多,墙体趋向于不利破坏模式,其抗震性能随之降低。4肋梁×4肋柱肋格布置是标准复合墙体的最优肋格形式。将可拓优度评价法应用于装配式复合墙体的综合评优,可较为科学地得出墙体的最优肋格形式,为装配式复合墙结构实际工程提供一定的设计依据。     

压弯密肋复合墙体正截面承载力研究

大剪跨比密肋复合墙体处于弯矩和剪力共同作用的受力状态,墙体的整体弯曲作用造成其破坏形式主要为压弯破坏.依据作者前期完成的密肋复合墙体压弯剪复合受力性能试验研究及有限元分析成果,对墙体极限压弯承载力的组成及各构件对压弯承载力的贡献进行了具有一定精度的定量分析,按照安全、方便、实用的原则对计算公式进行了简化,提出了满足工程精度要求且方便计算的压弯墙体正截面承载力设计实用计算公式.     

Q420钢板式加劲肋局部稳定试验与计算方法

板式加劲肋作为开口加劲肋中最基本的形式,主要以局部失稳破坏为主. 为研究开口加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与高度两组Q420开口板肋加劲板试件进行轴压试验,并建立相应的有限元模型,得到板式加劲肋、三边简支板的局部稳定简化计算公式. 试验与分析研究表明：当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则出现板肋的局部屈曲破坏. 随着板肋宽厚比的增大,试件极限平均应力逐渐减小,破坏时的失稳变形现象更明显. 采用构件中板式加劲肋所拟合的三次多项式曲线在相对宽厚比超过1.08后高于其他规范曲线,三边简支一边自由的简化模型所拟合的曲线在相对宽厚比超过1.32后高于欧拉曲线,在整个相对宽厚比范围内均高于我国钢桥规范与日本规范曲线. 采用构件中板式加劲肋拟合公式可以更精确地计算实际试件承载力;而采用三边简支板拟合的公式则有更高的安全冗余,推荐采用三边简支板拟合公式进行设计.     

带加劲肋的顶底角钢连接梁柱节点的静力性能分析

为了考察影响腹板双角钢顶底角钢连接的梁柱节点静力性能的因素,采用ANSYS软件对连接进行大量的非线性有限元分析,研究顶底角钢厚度、顶底角钢加劲肋形式及其尺寸、厚度等因素对此连接性能的影响.研究结果表明,设置顶底角钢加劲肋是提高该连接节点静力性能的一项有效措施,而改变顶底角钢加劲肋形式、厚度和高度对节点的初始刚度和极限承栽力的影响都不明显.加劲肋形式可以采用三角形,其厚度取为梁腹板厚度,高度宜取项底角钢内部的高度,并考虑楼面要求可做适量的减少.     

重庆两江大桥正交异性钢桥面板疲劳性能试验研究

为评估重庆两江大桥正交异性钢桥面板双向荷载下的疲劳性能,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行疲劳试验研究和有限元分析.采用应力等效方法,板肋与横隔板交叉细节部分采用1∶1足尺模型,横隔板开孔分别采用苹果形和钥匙形,面内和面外双向疲劳加载完成正交异性板结构设计寿命期及超长服役期的等效实桥疲劳应力幅作用下2 000万次疲劳试验.有限元值和实测值较吻合.在疲劳试验基础上,讨论横隔板开孔边缘、纵肋与横隔板焊接以及纵肋与盖板焊接3个关键部位的疲劳性能.研究结果表明:双向荷载作用下横隔板产生面外弯曲变形,易导致面外疲劳;正交异性钢桥面板构造未发现裂纹,疲劳寿命远超过设计寿命期.根据欧洲规范的疲劳等级分类检算,其疲劳强度满足使用要求.     

某斜腿刚架拱桥静动载试验评估

针对斜腿刚架拱桥结构构造特点,对拱肋重要节点采用刚性连接方式建立了有限元模型,计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应．同时,基于理论分析及现场静动载试验结果,分析和评估了该桥的承载能力及使用性能．有限元模型建立方法及静动载试验过程对该类桥梁性能评估具有工程借鉴意义．     

UHPC华夫桥面板抗弯性能试验及有限元分析

为研究超高性能混凝土(UHPC)华夫桥面板的横桥向抗弯性能,首先开展了4个横肋的足尺条带模型抗弯性能静力试验;然后采用ABAQUS有限元软件建立了试件非线性有限元模型,模型中考虑了材料非线性和几何非线性,其中对UHPC考虑了混凝土损伤塑性模型等,并利用该有限元模型模拟试验全过程;最后通过有限元参数分析明确主要设计参数对UHPC华夫桥面板横向抗弯性能的影响规律,包括横肋纵向配筋率(钢筋直径)、横肋高度、顶板高度以及横肋间距等。研究结果表明:正弯矩作用下试件的受弯破坏过程包含线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段;华夫桥面板横肋底面出现横向裂缝导致结构刚度第1次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得底部纵筋应力持续增大直至屈服,导致刚度出现第2次下降,裂缝进一步向上开展逼近翼缘板顶部,由于受拉区充分发展导致顶板纵筋受拉屈服,刚度出现第3次下降,结构刚度严重衰减,试件承载力接近极限,趋于破坏;有限元计算结果与试验结果吻合良好;通过参数分析发现,增加纵筋配筋率(钢筋直径)对初裂荷载影响很小,但可有效限制裂缝的发展;增加肋高对初裂荷载有一定的提高作用,还可提高矮肋T梁的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力;增加顶板高度也可起到同样的效果,但肋高对初始刚度的提高效率是顶板的5.4倍;增加横肋间距可提高单根横肋的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力,但削弱了横向整体刚度。     

中承式X型与平行式双肋拱空间有限元对比分析

以成都为地理环境背景,设计一中承式钢结构大跨度双肋式拱桥,三种结构形式的桥的材料、主梁截面和拱肋截面尺寸均相同,只令拱肋倾斜角度不同,内倾和外倾分别为±15°,先通过直观的概念分析,简单的对比三种在侧向荷载作用下的弯矩,再通过sap2000有限元软件,建立三种结构拱桥主桥的空间有限元实体模型,施加自重、风荷载,车辆活载和地震作用,进行数值仿真分析,在相同荷载的作用下,对比内倾,外倾和平行式三种双肋拱桥的拱肋弯矩、横向支撑和吊杆轴向力的大小,分析三种结构受力的合理性。     

开洞对密肋复合墙体抗侧刚度的影响

研究了密肋复合墙体的开洞位置和洞口尺寸对其抗侧刚度的影响,引入洞口折减系数,计算开洞密肋复合墙体抗侧刚度,同时建立不同洞口参数的墙体有限元模型,分析发现:洞口位置相对坐标与墙体抗侧刚度呈二次曲线关系,洞口越居中密肋复合墙体抗侧刚度折减越大;洞口大小与墙体抗侧刚度呈线性关系,洞口越大密肋复合墙体抗侧刚度越小.利用有限元分析结果建立了开洞密肋复合墙体抗侧刚度的统计计算公式.试验验证表明:两公式计算抗侧刚度值比试验值小16%,能够满足实际工程需要.     

钢板混凝土组合墙试验和有限元分析

设计制作了4个1/4缩尺模型的钢板混凝土组合墙试件,进行拟静力试验,通过改变墙体构造措施与含钢率来研究此类墙体的抗震性能.然后,采用ABAQUS软件建立非线性有限元分析模型,进行参数分析.试验结果表明,增加钢板厚度可明显增加组合墙体的承载力、耗能能力等.在含钢率相近的情况下,设置封板构造的组合墙体与含加劲肋的墙体具有相近的承载力,但前者的屈服荷载、延性性能及耗能能力明显更高.有限元参数分析结果表明,增加封板数量,提高了含钢率,增加了试件峰值荷载,而增设加劲肋可使试件各特征值明显提高;降低剪跨比能够提高试件的承载力,但试件延性降低,不利于抗震.钢板混凝土墙体不满足抗震性能要求时,可通过提高钢板厚度、增加加劲肋数量和采用腔体结构形式来提高墙体抗震性能.