两种截面钢管混凝土轴压柱抗侧承载力研究

为研究钢管混凝土柱轴心受压时的侧向承载力以及为爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的数值模拟提供统一的理论模型,文章分别对2根方钢管和2根圆钢管混凝土柱进行了静力试验,并且运用有限元分析软件ABAQUS对4根钢管混凝土柱进行了数值模拟.结果表明:①有轴压的钢管混凝土柱能承担更大的侧向力;②方钢管混凝土柱具有较好的侧向承载力;③ABAQUS模拟的侧向承载力和跨中位移变形曲线与试验结果较为符合,由此得出的钢管混凝土柱在侧向力作用下全过程侧向挠度曲线,可为后续爆炸荷载下构件的数值模拟提供理论依据.     

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.     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

基于损伤塑性模型的超高性能混凝土双肢墩数值模拟研究

为了准确模拟和预测超高性能混凝土(UHPC)构件在外部作用下的的非线性力学行为,基于塑性损伤模型研究了超高性能混凝土CDP本构参数的取值方法,包括损伤因子和单轴应力-应变关系的确定,并分析了考虑材料损伤和不考虑材料损伤对模拟结果的影响.通过对超高强度混凝土墩进行单调加载试验,得到了试验墩的破坏形态、荷载-位移曲线和位移延性.并建立了数值模型,对试验结果进行了对比分析.结果表明:不考虑材料损伤的CDP模型计算得出的结构承载力与延性,和试验值相比有较大误差,并且荷载-位移曲线在峰值点后的发展趋势与试验结果相去甚远.然而考虑材料损伤演化下的CDP模型能够准确预测UHPC结构的力学性能,最终模拟结果与试验结果之间的误差可以控制在5%以内,运用该方法能够为对UHPC进行更准确的非线性有限元分析提供参考.     

钢管约束下轻集料混凝土本构模型

通过对比分析5种常用核心混凝土本构模型的特征和适用性,探讨了钢管混凝土本构模型在钢管高强、普通和轻集料混凝土中的适用性.采用不同本构模型计算钢管混凝土构件的轴压,得到构件承载力和应力-应变曲线,通过与试验数据的对比,对现有模型进行了修正,并提出针对钢管轻集料混凝土的本构模型.结果表明:采用塑性损伤模型计算的曲线更符合试验曲线的发展趋势,本文模型在钢管轻集料混凝土有限元分析中有较好的适用性.     

基于塑性损伤模型的CS复合墙板抗弯性能研究

通过对CS复合墙板的抗弯承载力分析,以塑性损伤理论为基础,使用有限元通用软件ABAQUS对CS复合墙板抗弯过程的损伤过程进行了数值模拟.并将有限元数值计算成果与CS复合墙板抗弯试验的计算成果进行了对比分析.研究结果表明:塑性损伤模型可以很好模拟CS复合墙板的损伤过程,数值计算成果与试验数据吻合较好;到达极限承载力的速度要快于试验值,运用该模型得到的模拟结果是比较安全的.同时,通过对受拉区跨中损伤演化曲线的模拟以及与C30混凝土的受拉损伤演化曲线的对比,总结了CS复合墙板在抗弯时的损伤情况.     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

基于纤维模型的SRC柱损伤数值分析

为分析型钢混凝土(SRC)在低周反复荷载作用下的损伤演化过程,利用纤维模型对其进行精细模拟。分别利用位移型梁柱单元和带塑性铰的力型梁柱单元建立有限元模型,对截面上相应的混凝土、钢筋和型钢纤维定义各自的单轴本构关系。滞回曲线及损伤演化过程的计算与试验结果均吻合较好。分析表明,纤维有限元数值分析技术可以精细模拟SRC柱在低周反复作用下的损伤性能。     

方钢管混凝土组合异形柱防屈曲支撑框架抗震性能试验

为研究方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)防屈曲支撑框架的抗震性能,对一榀1∶2的SCFST柱防屈曲支撑框架模型进行了拟静力试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行了数值模拟.试验结果表明,试件呈现出防屈曲支撑、钢梁依次出现塑性铰的破坏机制.试件滞回曲线饱满,骨架曲线为S形,且强度和刚度退化不明显,位移延性系数可达3.21.防屈曲支撑耗能能力强,有效保护了框架结构.与异形柱普通支撑框架试验结果进行对比分析可知,异形柱防屈曲支撑框架抗震性能明显优于异形柱普通支撑框架.有限元分析中试件的破坏机制与试验基本一致.     

型钢混凝土柱的ANSYS数值模拟技术

利用ANSYS有限元分析程序,对已有的型钢混凝土(SRC)试验柱的受力性能进行非线性数值模拟.介绍SRC柱单元建模和分析的方法,重点考虑SRC柱截面混凝土的区域划分及相应的应力-应变本构关系.通过对ANSYS的骨架曲线的讨论和分析,最终形成考虑不同混凝土约束区域的SRC柱数值模拟技术.采用提出的模型分析不同轴压比试件的P-Δ曲线,结果表明,除轴压比较大试件的分析结果与试验结果存在较大差异外,其他试件的P-Δ曲线与试验骨架曲线均吻合良好.     

CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系

在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系.使用该混凝土的本构关系,利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟;并作了相应的8根CFRP钢管混凝土和4根钢管混凝土试件的轴压短柱承载力试验研究.数值分析所得曲线与试验所得的曲线吻合良好,证明经过修正的混凝土本构关系是一种适合于CFRP钢管混凝土轴压构件数值分析的混凝土本构关系.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱粱、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点传力机理研究

为研究节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点的传力机理,文章采用基于纤维模型的有限元软件SeismoStruct开展数值模拟分析,建立了该种新型钢管混凝土柱-梁节点的三维简化模型,模拟节点低周反复荷载作用下滞回曲线并与试验结果进行对比,结果表明,数值模拟分析结果与节点低周反复荷载试验结果拟合良好.在验证简化节点模型正确性的基础上,对框架梁的弯矩分布、环梁的扭矩与弯矩分布进行研究,总结了节点区钢管不贯通式环梁节点的弯矩传导机理.研究表明,该新型节点的弯矩传导主要集中在框架梁轴方向,传力机制较节点区钢管贯通的节点型式直接、有效.     

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.     

方钢管混凝土压弯构件塑性屈服面的简化确定方法

采用塑性铰方法模拟钢管混凝土结构的弹塑性工作性能时,常需要定义钢管混凝土柱截面的塑性屈服面。纤维模型法虽然可以较好的应用于钢管混凝土截面的塑性屈服面分析,但从实际应用的角度考虑,数值方法还是显得较为复杂,不便于工程应用。因此文中在已有方钢管混凝土(concrete-filled square steel tubular,CFST)构件试验研究和理论研究的基础上,首先给出弹性单元参数的确定方法;然后通过理论分析和大量的参数分析,提出了一种方钢管混凝土柱截面轴力-弯矩相关塑性屈服面的快速确定方法。并对纤维模型法与文中建议方法的计算结果进行比较,两者吻合较好,验证了文中方法的正确性。     

方钢管钢骨高强混凝土轴压柱有限元分析

为了分析方钢管钢骨混凝土轴压柱的工作机理,采用ANSYS有限元软件对其轴压柱受力进行了全过程数值模拟.结果表明,采用修正的方钢管内核心约束混凝土本构关系模型可以很好地模拟极限承载力及峰值应变;有限单元在发生high distortion以前的下降段与试验曲线变化基本一致,但其后的变形不能代表真实的受力状态.因此,利用ANSYS进行钢管钢骨高强混凝土的弹性与弹塑性分析结构是可行的.     

预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点有限元分析

为了研究预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点的力学性能,以满足工程设计中的抗震要求,采用非线性有限元软件ABAQUS建立实体模型对其进行数值分析,并从破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数及耗能能力、强度退化和刚度退化等多方面与试验结果进行比较.结果表明,采用规范的损伤塑性模型与所采用的参数能较好地模拟混凝土的力学性能;有限元模拟的塑性变形主要发生在梁与加载垫板接触部分和梁的钢骨连接部分,与试验结果非常一致;有限元与试验的延性系数分别为3.60、3.15,等效黏滞阻尼系数分别为0.25、0.29,且模拟的结果与试验结果非常接近,说明所采用的有限元模拟方法是可行的.     

装配式基础隔震框架结构拆分方式研究

地震作用下隔震结构动力响应不同于抗震结构。为研究装配式隔震框架结构的拆分方式,文中针对非线性分析中混凝土损伤因子和装配式基础隔震框架结构进行数值模拟,将残余应变与塑性应变的关系引入考虑塑性应变的损伤因子计算公式中,得到改进的损伤因子计算公式,并对比分析了钢筋混凝土柱数值模拟结果与已有试验结果的骨架曲线特征值,验证改进的损伤因子计算公式的合理性;基于有限元软件ABAQUS对一榀基础隔震框架结构进行模拟,并将验证了的损伤因子输入到该模型中,研究其在地震作用下的损伤特征。结果表明：（1）钢筋混凝土柱屈服荷载、屈服位移、承载力最大值等骨架曲线特征值与试验结果的误差皆在10%以内,改进的损伤因子能够较好地模拟混凝土的非线性特征;（2）一榀基础隔震框架上部结构首层柱柱底1/3处的应力较首层柱其他位置小,其余层的应力较小位置基本位于柱中。本文针对一榀基础隔震框架结构的损伤特征并根据拆分原则提出的结构拆分方式,可为装配式隔震框架结构的拆分方式提供参考。     

基于OpenSEES的钢管混凝土组合柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下钢管混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件OpenSEES对其进行数值模拟.研究结果表明:OpenSEES可以很好地模拟钢管混凝土组合柱在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,模拟的峰值承载力和试验结果吻合良好,误差小于10％.滞回曲线形状基本一致,能反映组合柱试件在反复加载过程中的刚度及强度的退化现象.     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。