高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.     

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.     

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6～8根为最优。     

同含钢率钢管与配筋钢管混凝土柱的受力性能分析

为阐明含钢率对构件的力学特性的影响规律,基于有限元分析方法研究了配筋钢管混凝土（R-CFST）和钢管混凝土（CFST）短柱的轴压性能。首先建立了适合R-CFST的材料本构模型和分析方法并用既有的实验数据验证模型的可靠性,之后进行了36根6种不同含钢率的R-CFST和对应的CFST有限元分析,通过分析荷载-位移响应、承载力、单位面积钢材对构件承载力提高量和延性等指标,最终发现：当混凝土强度较低时,含钢率越低CFST的承载力和延性比同含钢率R-CFST高,但随着混凝土强度的提高,含钢率越大反而使得R-CFST的性能得以显著提高;单位面积R-CFST纵筋对承载力的贡献率都大于单位面积的CFST钢管的贡献率,而且随着混凝土强度的提高R-CFST的这种贡献更为明显;填充高强度混凝土时,R-CFST比CFST更有效。由此得出结论：CFST内配筋比增加钢管壁厚更有效,尤其是填充高强度混凝土时配筋的效果更为明显。     

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证.结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合.在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加.在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏.因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加.经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小.在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

椭圆钢管混凝土受扭性能及抗扭承载力计算

为研究椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算,文章通过ABAQUS建立了椭圆钢管混凝土受扭构件的理论分析模型,开展了椭圆钢管混凝土构件受扭性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、截面面积和长短轴比,揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯扭状态下的受力机理,提出了椭圆钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力简化计算公式。研究结果表明:椭圆钢管混凝土构件的抗扭强度承载力随着钢材强度、截面面积和含钢率的增大而增大;椭圆钢管混凝土构件的扭矩(T)-转角(θ)曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性强化阶段,表现出良好的塑性性能;提出的椭圆钢管混凝土构件抗扭强度承载力公式可用于椭圆钢管混凝土设计中。     

方钢管-木-混凝土中长柱轴压性能有限元分析

目的 为降低混凝土用量、减轻结构自重,将强度高、自重轻的木材内置于钢管混凝土柱中,形成新型方钢管-木-混凝土组合柱。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立方钢管-木-混凝土中长柱精细化模型,基于典型构件,分析其破坏机理及不同参数变化对构件轴压力学性能的影响规律。结果 受力全过程中,钢管承担大部分荷载,组合柱承载力随钢材强度增加而显著提升;混凝土强度提升对承载力无显著影响;随着长细比的增大,构件破坏模态由轴压破坏逐渐转变为压弯破坏,承载力降低;木材最佳配置率为28.4%,延性是同尺寸钢管混凝土柱的1.42倍。结论 木材可显著提高方钢管-木-混凝土中长柱的延性,减轻结构自重。     

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.     

约束空心混凝土柱抗侧向冲击动力性能

为研究约束空心混凝土柱的抗侧向冲击动力性能,构建20组内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱的数值模型,并采用有限元法对其进行冲击受力过程的数值模拟分析.依据模拟结果对比不同构件的破坏模式,研究钢管强度、混凝土强度、空心率、含钢率和冲击位置对构件冲击力和挠度的影响.研究结果表明:内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱产生整体弯曲破坏和...     

方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为

目的研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为,揭示不同参数对其承载力和峰值挠度的影响规律.方法通过方钢管自密实再生混凝土短柱的偏心受压试验,研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的破坏形态,荷载-挠度关系曲线、承载力和峰值挠度.结果方钢管自密实再生混凝土偏压短柱由于发生侧向挠曲而破坏.方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的荷载-挠度关系曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段.再生粗骨料替代率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力的影响不显著,而对其峰值挠度的影响较显著.偏心率和含钢率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力和峰值挠度有显著影响.结论将自密实再生混凝土应用于方钢管混凝土中是可行的,研究成果可为方钢管自密实再生混凝土短柱的工程应用提供理论依据.     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

文章在定常轴力和水平低周反复荷载作用下,对3根采用足尺比例的方钢管再生混凝土柱进行了拟静力试验,研究了再生混凝土取代率、含钢率等参数的变化对构件抗震性能的影响。试验结果表明:方钢管再生混凝土柱有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着含钢率的上升,方钢管再生混凝土柱的水平承载力显著上升,延性和耗能能力也随之提高;随着再生混凝土取代率的增大,方钢管再生混凝土柱的水平承载力小幅度下降,延性和耗能能力略有降低。因此方钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

圆端形钢管混凝土柱偏压力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土压弯构件进行工作机理及参数分析,研究结果表明:在偏压状态下,圆端形钢管混凝土具有较高的承载力和较好的延性;钢管能对核心混凝土提供有效的约束,约束效果主要集中在圆弧段;圆端形钢管混凝土偏压承载力随着钢管强度、含钢率的提高而提高;随着核心混凝土强度提高,构件承载力增大,延性降低;随着长细比增大,构件承载力降低;截面高宽比对构件偏压承载力影响较小,随着截面高宽比增大,构件延性有降低的趋势.     

轴心受压配筋方钢管混凝土短柱承载能力的试验研究

通过15根方形截面配筋钢管混凝土轴心受压短柱的试验研究,选择约束效应系数和钢筋的配筋率等为基本参数,探讨了配筋率对钢管混凝土轴心受压构件受力性能的影响。研究结果表明：1）在核心混凝土中加入钢筋对于提高短柱的承载力不是非常明显,但能提高短柱的延性,在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展;2）当约束效应系数较小时,配筋靠近边缘对提高方钢管混凝土的承载力更有效;3）当约束效应系数较大时,配筋靠近中央对提高方钢管混凝土的承载力更有效。     

钢骨-钢管混凝土轴压短柱的延性和承载力

为合理分配钢骨-钢管混凝土组合柱的含钢量及充分发挥组合柱的受力性能,采用有限元软件ADINA数值模拟和理论分析的方法分析不同的钢管厚度、钢骨强度和混凝土强度等级对钢骨-钢管混凝土轴压组合短柱的延性性能和承载力的影响.通过分析,对延性约束指标进行了修正,同时基于回归分析建立了组合柱的承载力计算公式.研究结果表明:用ADINA软件模拟组合柱的受力性能是可行的;延性约束指标能够体现出组合柱的延性性能,为合理配置钢管和钢骨的用量提供了参考依据;建立了简洁且与试验数据吻合良好的承载力计算公式.     

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.     

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。     

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，     

内置大块体矿渣薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验

目的探究内置大块体矿渣钢管混凝土短柱的力学性能,以指导工程实际.方法对12个内置大块体矿渣钢管混凝土短柱进行静力试验;以短柱截面含钢率、大块体矿渣替代率以及核心混凝土强度等级为变量,分析各参数对构件轴压力学性能变化影响的敏感程度,并提出内置大块体矿渣短柱极限承载力计算公式.结果各试件均发生剪切破坏,混凝土强度越高,荷载位移曲线下降段越陡,延性越差.矿渣柱的承载力随着混凝土强度、取代率和含钢率的增加而增大;其中以混凝土强度对承载力的影响最大,含钢率次之,替代率的影响最小,设计时可忽略.结论利用笔者提出的轴压极限承载力计算公式所得结果与试验结果吻合良好,可为工程实际计算提供参考.     

新型方钢管混凝土分体短柱轴压受力性能

目的设计一种新型方钢管混凝土分体短柱(简称分体短柱),研究其破坏过程和受力性能,以便为分体短柱轴心受压设计提供理论依据.方法拟以分体短柱的套箍系数、截面形式、混凝土强度等级、分体短柱含钢率为试验参数,设计了8根方钢管混凝土短柱,并对其破坏形式和特征、其荷载-应变关系曲线、肋板的荷载-应变关系曲线以及承载力的敏感影响因素进行深入的研究.结果分体短柱和普通方钢管混凝土短柱(以下简称普通短柱)相比较破坏时受力相对均匀,呈现多处鼓曲.普通短柱后期承载力约为分体短柱的78%~82%.当分体短柱核心区混凝土强度由C30提高到C60时,其屈服强度提高约35%,荷载-应变关系曲线有明显的下降段.当含钢率由0.10提高到0.16时,其后期承载力约提高30%.套箍系数由1.02提高到1.80时,其后期承载力约提高30%.结论混凝土强度能够明显提高分体短柱极限承载力,但试件塑性变形能力降低.含钢率、套箍系数对承载力提高和塑性变形能力改善均有明显的作用.