圆端形钢管混凝土轴压短柱的机理分析

基于有限元软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析.分析表明:圆端形钢管对核心混凝土的约束效果介于圆钢管和矩形钢管之间;钢管对核心混凝土的约束作用主要分布于圆弧段;圆端形钢管混凝土柱的承载力、峰值应变和延性均介于圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱之间;圆端形钢管混凝土构件承载力和延性随着钢管强度、含钢率、加劲肋厚度和加劲肋数量的提高而提高;随着混凝土强度的提高,其承载力提高但延性下降.     

圆端形钢管混凝土短柱偏压性能和破坏机理分析

文章通过ABAQUS有限元软件建立了圆端形钢管混凝土偏压短柱的数值分析模型,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。基于圆端形钢管核心混凝土等效本构模型,研究了偏心距、混凝土强度等诸多参数对圆端形钢管混凝土柱偏压性能的影响,揭示了其破坏模式;基于数值分析结果拟合出了圆端形钢管混凝土轴压力-弯矩相关曲线。研究结果表明,圆端形钢管混凝土短柱在偏压作用下的破坏模式主要表现为局部凹陷与两端鼓曲破坏和偏压转角过大破坏。在一定的偏心距范围内,圆端形钢管混凝土短柱的偏压轴向压力和最大弯矩随截面面积、钢材强度及混凝土强度的增大而增大,随偏心距和径厚比的增大而减小。研究结果可为建立圆端形钢管混凝土短柱设计理论提供参考。     

圆端形椭圆钢管约束混凝土本构关系等效方法和轴压性能研究

目前国内外对圆端形椭圆钢管混凝土柱的受力性能研究尚不系统,缺乏合理的圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型。为了解决核心混凝土本构关系问题,文章提出一种计算圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系的简化等效方法,用试验结果验证了该方法的可行性和准确性。采用ABAQUS有限元程序建立了圆端形椭圆钢管混凝土轴压短柱的数值分析模型,研究了诸多参数对圆端形椭圆钢管混凝土轴压承载力的影响,揭示了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式主要包括中部鼓曲破坏、端部鼓曲破坏和多带鼓曲破坏;其轴压受力特征均与约束效应系数有关;圆端形椭圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力随混凝土强度、钢材强度及截面尺寸的增大而增大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土柱理论研究和工程应用提供参考。     

圆端形钢管内约束混凝土轴压短柱的力学性能

为改善圆端形钢管混凝土(CFRT)柱的力学性能,采取在钢管内部焊接拉筋的方式来提高对核心混凝土的约束效果,并采用ABAQUS对4种不同约束方式的圆端形钢管内约束混凝土(SCFRT)轴压短柱进行三维实体有限元分析,发现双向均匀对拉箍筋为最佳约束方式.最后,对2根圆端形钢管混凝土轴压短柱及2根双向均匀对拉约束方式的圆端形拉筋约束混凝土轴压短柱进行了试验研究,结果显示试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了双向均匀对拉约束方式的合理性.     

方钢管混凝土柱的抗震性能分析

方钢管混凝土柱的抗震性能与钢管的局部屈曲有关,柱端设置约束拉杆可以提高钢管的局部稳定,从而增强方形钢管混凝土柱抗震性能．采用三维有限元法,分析方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力一位移关系,有限元分析的结果得到试验结果验证．利用有限元模型分析轴压比、钢板宽厚比,以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响．完成柱端设置约束拉杆的方形钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下三维有限元分析,与试验结果相比较并作分析．     

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象，研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理，分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究，进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明，圆钢管对核心混凝土约束作用强，试件极限承载力较高，其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著，极限承载力大于圆钢管柱；CFRP约束后，极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱，试件极限承载力较低，且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱；CFRP约束对其极限承载力无明显提高，但有效改善了其延性。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压试验研究

对8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件进行了试验研究,讨论其在不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下的偏压性能.结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟了局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高.在加载后期,处于加载肢的拉杆比处于非加载肢的拉杆对核心混凝土的约束作用明显,其中双列拉杆试件的肢端拉杆比肢内拉杆的约束作用更大.临近或达到极限承载力后,近力侧钢管壁对核心混凝土的约束作用较明显.利用纤维模型法计算的试件偏压极限承载力结果与试验结果吻合良好.     

内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱轴压承载力计算

空间钢构架对核心混凝土以及方形钢管对空间钢构架外混凝土具有约束作用,这种双重约束作用可以有效地提高内埋空间钢构架钢管混凝土组合柱的承载力和变形性能,为了进一步探索内埋空间钢构架方形钢管混凝土组合短柱的轴压承载力的计算方法,在试验研究和有限元模拟分析的基础上,分析了内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱的混凝土约束机理。在此基础上,提出了两种不同计算模型的内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,分析表明,公式计算值与试验值吻合较好,可以用来计算这种新型组合柱的轴压承载力,为这种组合柱的推广应用提供了技术依据。     

高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱 偏压性能试验

为研究高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱(CFST)在偏心受压荷载作用下的力学性能,对Q420型高强冷弯钢设计制作的矩形截面钢管混凝土柱进行偏心受压试验,获得试件在偏压荷载作用下的破坏形态、跨中挠度及应变分布规律,并分析不同参数对试件偏心受压承载能力的影响.试验结果表明:高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压性能受长细比、偏心率和宽厚比等参数影响较为明显,长细比、偏心率和宽厚比越大,高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压承载能力越小.     

RECFST构件抗弯性能和抗弯承载力计算方法

文章研究了圆端形椭圆钢管混凝土(round-ended elliptical concrete-filled steel tubular,RECFST)构件的受弯性能。基于有限元方法和圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型的等效计算方法,建立了纯弯作用下RECFST构件的数值分析模型,考虑了材料非线性、圆端形椭圆截面特征及复杂界面接触等问题;通过分析钢材强度、混凝土强度、径厚比及长短轴比等诸多参数在长、短轴方向上对RECFST构件抗弯承载力的影响规律,揭示了其破坏模式,提出了RECFST构件的抗弯承载力简化计算公式。研究表明,钢材强度越大,径厚比越小,RECFST构件的极限弯矩越大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计和应用提供参考。     

方形设肋薄壁钢管轻质混凝土短柱轴压承载性能的有限元分析

本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管轻质混凝土短柱轴压时的荷载-位移全过程关系曲线。研究表明,设加劲肋能有效改善冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱的承载能力。同时,研究了设肋方式、钢材强度、混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱承载性能的影响。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

进行了6个带约束拉杆和1个不设约束拉杆L形钢管混凝土短柱的轴心受压试验,分析了钢管壁厚度、约束拉杆直径和间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的影响.试验研究表明,在轴心压力作用下,设置了的L形钢管混凝土短柱的极限承载力有所提高,拉杆的设置能改善核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使L形钢管混凝土轴压短柱的延性有较大幅度的提高.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

进行了7 个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的单向偏心受压试验,主要研究偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲。带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小。在相同偏心率下,试件延性随拉杆水平间距减小而增大。采用带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。同时,利用国内现有规程GJB4142-2000、DBJ13-51-2003以及CECS159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆矩形钢管混凝土偏压试件的承载力。     

圆端形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究

在合理确定钢和混凝土本构模型基础上,运用有限元数值分析软件ABAQUS模拟典型圆端形钢管混凝土双向偏压柱的荷载-变形曲线,开展工作机理分析. 分析结果显示： 在双向偏压荷载作用下,圆端形钢管混凝土柱能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有效约束作用,圆弧段钢管对混凝土的约束效应高于平直段钢管. 典型算例表明,圆端形钢管混凝土双向偏压柱的M_x/M_ux-M_y/M_uy相关曲线呈四分之一椭圆形. 最后提出该类双向偏压柱承载力的简化计算式,与有限元模拟结果对比,简化计算结果偏于保守.     

基于统一理论的带拉杆方、矩形CFT轴压承载力

在钢管混凝土统一理论基础上,结合配置约束拉杆的方形和矩形钢管混凝土短柱轴压试验结果,通过研究带拉杆方形钢管混凝土的拉杆约束系数与轴压承载力之间的关系,修正统一理论轴压承载力公式,得出带拉杆方形钢管混凝土轴压承载力计算公式.对于带单向拉杆矩形钢管混凝土,提出将矩形截面以拉杆为界线划分为几个子区域,并将拉杆视为等效钢板,采用统一理论计算公式计算每个子区域的轴压承载力,叠加后得出带拉杆矩形钢管混凝土轴压承载力计算公式.以上两个修正公式均考虑了拉杆的影响,拓宽了统一理论计算公式的适用性,分别用其计算的带拉杆的方形和矩形钢管混凝土轴压承载力与试验结果吻合良好.     

轴心受压带剪力键的不锈钢钢管混凝土短柱承载力试验研究

钢管混凝土具有非常优越的力学性能,为了研究轴心受压作用下带剪力键的不锈钢钢管混凝土短柱工作性能和极限承载能力,试验以钢管的截面形式和钢管壁厚为控制参数,共设计了6个不锈钢钢管混凝土短柱试件.通过对6个短柱试件进行轴压试验,得到了圆形和方形不锈钢钢管混凝土短柱轴压作用下的荷载?位移、荷载?应变等力学特性曲线,分析了不锈钢...     

全过程火灾下矩形截面钢管混凝土叠合柱温度场数值研究

由于钢管混凝土叠合柱(ST-RC)具有良好的抗震性能和耐火性能,本文对矩形截面钢管混凝土叠合柱在标准火灾全过程(包括升温、降温阶段)下的热学性能进行了数值研究。利用Abaqus有限元分析软件建立矩形截面钢管混凝土叠合柱的热学分析模型,结合相关试验数据对模型的准确性进行验证,并对标准火灾升温、降温全过程下试件的温度场分布情况进行分析。结果表明:矩形截面钢管混凝土叠合柱在标准火灾升温下的温度场分布呈现双轴对称形态,外围混凝土厚度较大的长轴方向上构件内部测点的温度相对短轴方向更低;在火灾作用的全过程中,混凝土的温度变化存在滞后现象,使得试件受火表面之间距离越大的区域升温、降温的滞后时间也越长;在降温的最终时刻,截面温度场分布为内高外低形式,与升温结束时刻的温度场分布方式相反;与升温结束时刻相比,火灾后(历史最高温度)的温度场中混凝土材料达到劣化温度的区域面积更大,采用历史最高温状态的温度场进行火灾全过程中叠合柱结构相关力学性能的计算时更安全。     

改性钢管全再生粗骨料混凝土短柱的轴压试验

为了最大化利用再生骨料,以硅粉和钢纤维掺量为主要变化参数设计了20个圆形和方形截面钢管全再生粗骨料混凝土短柱构件进行轴压试验,观察了短柱的受力全过程和破坏形态,获取了构件的荷载―变形全过程曲线,分析了硅粉和钢纤维掺量对其承载性能的影响,试验结果表明:混凝土中的粗骨料全部采用再生骨料会降低钢管再生混凝土柱的峰值承载力及峰值应变,可以采用硅粉的填充效应及活性和钢纤维对裂缝的内部约束来改善钢管全再生骨料混凝土柱的性能,经改性后的钢管全再生骨料混凝土柱的性能和普通钢管混凝土柱的性能相当,硅粉掺量为10%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢管全再生骨料混凝土的峰值承载力超过了普通钢管混凝土柱。并采用现有计算理论及规程计算公式对构件的承载力进行了计算和比较,得到各规程在计算钢管全再生骨料混凝土承载力时的适用性,规程EC4和试验数据更接近。     

带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱的试验研究

为了解带约束拉杆方形钢管混凝土短柱在单向偏心荷载作用下的力学性能，进行了14个试件的偏压试验，主要研究截面含钢率、荷载偏心率以及约束拉杆设置对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压力学性能的影响．结果表明，方形钢管混凝土短柱试件的承载力随着偏心率的增大而减小，随着钢管壁厚度（含钢率）的增大而增大，设置约束拉杆有助于该试件极限承载力和延性的提高．文中还利用国内现有规程中的方法对该类试件的承载力进行了计算，发现规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件的级限承载力，     

方形钢管约束下核心凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束下核心混凝土的等效单轴受压本构关系.基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等.采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好.所建议的本构关系可用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性.