空心钢管混凝土构件抗侧向冲击性能研究

采用落锤冲击实验和有限元方法对空心钢管混凝土构件的抗侧向冲击性能进行研究.实验结果表明:当空心率相同时,随着冲击速度的增加,构件的变形增大;当锤重和冲击速度不变时,随着构件空心率的增大,构件变形增加、所受的冲击力减小.采用有限元方法与实验结果进行对比分析,两者结果相符;同时采用有限元方法分析了材料强度、边界条件和空心率等因素对构件抗侧向冲击性能的影响,结果表明,提高材料的强度、加强构件的边界约束可以提高构件的抗冲击性能,而空心率的增大降低了构件的抗冲击性能.     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

双金属复合管混凝土轴拉 性能有限元分析

选择合理的材料本构模型、单元类型、网格划分技术和边界条件,建立双金属复合管混凝土构件在轴拉荷载作用下的有限元分析模型,并利用双金属复合管混凝土(CFBT)轴压试验和钢管混凝土(CFST)轴拉试验的结果对模型的可靠性进行验证.基于验证后的有限元模型,对CFBT轴拉构件的受力机理和破坏形态进行研究,分析不同参数对构件轴拉承载力的影响规律.研究结果表明:核心混凝土可有效限制双金属复合管在拉伸过程中的内缩变形,使钢管处于复合受力状态;CFBT构件的轴拉承载力比双金属复合管提高15%左右;随着不锈钢厚度的增大,构件的轴拉承载力逐渐提高;核心混凝土的强度对构件承载力的影响不明显.     

中空夹层钢管自密实混凝土压弯构件力学性能

为研究中空夹层钢管自密实混凝土压弯构件的力学性能,进行8个中空夹层钢管自密实混凝土压弯构件的试验研究.试验考察的主要参数为:截面形式、荷载偏心率和混凝土强度.利用数值解法对中空夹层钢管自密实混凝土压弯构件的荷载-变形关系进行全过程分析,并采用简化计算方法对构件的承载力进行计算.试验和理论分析结果表明:中空夹层钢管自密实混凝土压弯构件的破坏模态和中空夹层钢管普通混凝土相类似;理论分析的计算结果与试验结果吻合良好.     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理研究

为了对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力下的工作机理进行研究,采用大型通用有限元软件ABAQUS对圆实心钢管混凝土压、扭复合受力构件进行建模计算,现有的试验验证了计算结果与计算方法的正确性.再采用同样的方法对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力状态下进行了模拟计算.通过计算发现,扭矩—转角全过程关系曲线分为弹性、弹塑性、塑性强化三阶段.通过对三个阶段扭矩—转角全过程关系曲线、内外钢管和混凝土的应力分布云图、三者间相互作用力以及轴压比影响的分析,结果表明,在加载过程中,当轴压比较小时,随着轴压比的增大,极限扭矩增加;当轴压比较大时,随着轴压比增大,极限扭矩降低.     

内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.     

中空夹层钢管混凝土长支撑构件受压性能研究

针对地铁基坑支护的支撑选取问题,提出了一种中空夹层钢管混凝土长支撑构件,采用有限元软件ABAQUS对构件进行模拟,研究其在压力作用下的承载能力及破坏特性,并分析了长径比、空心率对其轴压力学性能的影响以及长细比、荷载偏心距、空心率对其偏压性能的影响.结果表明:长径比对中空夹层钢管混凝土长支撑构件的轴心受压性能有显著影响,...     

侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱动力响应的数值研究

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱在侧向撞击荷载作用下的动力响应,本文基于有限元软件ABAQUS,建立了方套方形钢管混凝土叠合柱撞击模型,并通过已有的试验数据验证了模型的可靠性。在此基础上,利用该模型分析在侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱的撞击力响应和动力变形。结果表明：（1）叠合柱在撞击荷载作用下的破坏模式主要包括撞击点位损伤型、叠合柱损伤型、撞击点位破坏型;（2）跨中位移随着撞击速度、撞击质量增大而增大,随着叠合柱自身刚度增加而减小,撞击力峰值、撞击力平台值受各参数影响各有不同的规律;（3）跨中位移和残余位移受撞击体的影响比自身材料和刚度的影响更加明显。研究结果可为该类结构的抗撞性能研究提供参考。     

圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能研究

目的 对圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能进行有限元分析,为该类构件设计提供计算依据.方法 首先利用已有试验验证模型的准确性;其次应用有限元软件ABAQUS对典型构件的弯矩-挠度曲线进行分析,定义4个特征点,研究不同特征点处试件的工作机理,分析不同参数对构件抗弯承载力的影响;最后应用叠加原理和极限平衡原理推导出圆中空钢管...     

矩形钢管混凝土构件剪切性能研究

为研究矩形钢管混凝土构件的剪切性能,建立矩形钢管混凝土构件受剪的有限元模型,并采用现有的试验数据对该模型进行验证.利用该模型进行机理分析和参数分析,分析剪应力的分布规律,并分析截面高宽比、截面尺寸和约束效应系数对核心混凝土抗剪强度的影响规律.研究结果表明:钢管的剪力主要由钢腹板承担;随着钢管约束效应系数的增大,核心混凝土的抗剪强度明显提高;截面高宽比和截面尺寸不影响核心混凝土的抗剪强度.在参数分析和机理分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗剪承载力的简化计算公式.     

空心圆钢管混凝土轴压短柱有限元分析

目的通过研究找到最适合空心钢管混凝土轴压短柱的混凝土本构关系模型.方法选取6种常用的混凝土本构关系模型,结合已有试验结果,应用有限元软件ABAQUS建立模型进行验证,找出适合的混凝土本构关系.改变钢材强度、钢管壁厚、混凝土强度、空心率等参数,研究不同参数对混凝土力学性能影响.结果随钢管屈服强度、钢管壁厚和空心率的增大,混凝土分担的荷载减小;随混凝土强度的提高,混凝土分担的荷载增加.对于空心钢管混凝土轴压短柱,μ_e0.24时,其混凝土本构关系可采用改进后的模型MC7;0.24≤μ_e≤0.35时,可采用模型MC6;μ_e0.35时,可采用模型MC1或MC2.结论采用改进后混凝土本构关系的空心钢管混凝土轴压短柱有限元分析结果与试验结果吻合良好.     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

矩形钢管混凝土构件纯扭力学性能及设计研究

建立矩形钢管混凝土受扭构件的有限元模型,利用现有试验数据验证了该有限元模型的正确性.利用该模型分析矩形钢管混凝土构件的荷载分配比例、组合效应对钢管和混凝土力学性能的影响规律,以及截面高宽比对矩形钢管混凝土构件刚度、承载力和混凝土抗剪强度的影响规律.基于塑形力学原理和机理分析,提出矩形钢管混凝土构件抗扭承载力的简化设计公式.该公式和现有计算公式的精度得到了81个典型有限元算例和现有试验数据的验证.     

混凝土浇筑过程中方钢管柱的力学性能

钢管混凝土在内部混凝土浇筑过程中空钢管的受力特性和安全性非常重要。该文建立了分析混凝土浇筑过程中方钢管柱受力性能的有限元模型,并采用实测的混凝土静水压力、钢管管壁应变等指标的对比分析验证了该模型的合理性。基于有限元模型,分析了不同混凝土浇筑高度和钢管宽厚比时由于混凝土浇筑引起的管壁变形及应力。研究结果表明:空钢管内设置横向内隔板可有效地减小管壁应力及变形;当方钢管宽厚比较大时,混凝土浇筑过程中对管壁产生的应力和变形数值都较显著。该文建模方法可进一步用以模拟钢管混凝土结构在施工阶段的力学性能分析。     

方中空夹层钢管混凝土纯扭力学性能研究

当中空夹层钢管混凝土构件用于高架桥桥墩、输变电杆塔、风力发电支架等时,其抗扭性能是十分重要的,纯扭性能的研究是进行压扭、弯扭、压弯扭力学性能研究的基础,因此有必要对中空夹层钢管混凝土纯扭的力学性能进行深入研究。以名义含钢率和空心率为变化参数,设计了4根方中空夹层钢管混凝土试件和1根实心方钢管混凝土试件,对其进行了试验研究,并且利用有限元软件ABAQUS对纯扭试件的扭矩—转角关系进行了计算。研究结果表明:所有试件具有良好的延性和后期承载力;名义含钢率越大,承载力越大;空心率为0.4的方中空夹层钢管混凝土与实心方钢管混凝土纯扭试件力学性能接近。采用本文的有限元方法可以较好地模拟方中空夹层钢管混凝土和实心方钢管混凝土纯扭试件的扭矩—转角关系全过程曲线。     

泥石流冲击荷载下圆钢管的破坏机理分析

为研究泥石流冲击荷载下圆钢管构件的破坏机理,利用LS-DYNA对一端固定的圆钢管构件进行数值模拟分析.通过改变钢管的直径、壁厚、撞击点高度,以及冲击物的质量、冲击物的速度等变量,计算了243个工况,并对圆钢管构件的动力响应进行对比分析.结果表明,钢管构件的壁厚、直径越大,则构件的冲击力越大,冲击点处的变形区域越小,产生的位移越小;在不同的撞击高度下,撞击自由端处引起的位移是柱脚位移的2倍,而冲击力相差不大;冲击物的速度、质量越大,则冲击能量越大,冲击力越大,构件局部发生的变形区域更大,整体产生的位移也随之增大.     

不同空心率下偏压GFRP管-混凝土-钢管组合柱的数值模拟

本文研究了空心率对偏压下GFRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的影响规律,可为构件设计提供依据。本研究利用有限元分析技术对不同空心率下的构件进行模拟试验与分析,结果表明:组合柱的承载力随着空心率的提高而降低。减小空心率对组合柱的承载力和延性都有提升作用,且对偏压曲线的弹塑性阶段有延长作用;增大GFRP管壁厚以及增大混凝土强度对组合柱在偏心受压状态下的极限承载力都有着显著的提升作用;其他影响因素相同的情况下,随着空心率的不断增大,构件极限承载力降低的幅度逐渐加大。     

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.     

矩形中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能数值分析

相较于钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)构件,中空夹层钢管混凝土(Concrete Filled Double Skin Steel Tube,CFDST)构件具有延性好、自重轻和刚度大等技术优势。为探明CFDST短柱的内、外钢管的径厚比和内填混凝土强度对轴压性能的影响规律,采用试验验证的数值有限元分析方法,考虑内填混凝土约束效应,开展了短柱轴压性能各参数敏感性分析。结果表明,有限元模型采用韩林海提出的混凝土本构关系,能够准确的模拟试验结果。当内填混凝土强度和内钢管径厚比相同时,外钢管径厚比从30增加到60时,平均延性指标和承载力分别降低了23.6%和26.4%;内钢管使得CFDST柱的延性和承载力分别提升24.5%和18.6%;内填混凝土强度从45 MPa增大到75 MPa,CFDST柱的极限承载能力可提升18%以上。     

双圆夹层钢管混凝土的组合弹性模量理论

采用厚壁圆筒空间轴对称弹性力学方法,考虑钢管与混凝土受力后的变形协调关系,建立夹层钢管混凝土的组合弹性模量计算模型;然后,计算分析和讨论含钢率、混凝土强度等级、泊松比等对夹层钢管混凝土组合模量的影响,并得到夹层钢管混凝土等组合模量曲线.研究结果表明:夹层钢管混凝土组合模量随着总含钢率的增加不断增大,当总含钢率不变时,与内外含钢率无关;随着钢管和混凝土的泊松比、混凝土强度等级以及混凝土和钢管弹性模量的增大,组合模量不断增大;夹层钢管混凝土与普通钢管混凝土对混凝土的紧箍效应基本相同.