基于黏结的型钢陶粒混凝土推出试验有限元模拟

考虑混凝土保护层厚度、配箍率、混凝土强度和型钢埋置长度等影响因素,对型钢陶粒混凝土推出试件进行有限元分析.分析中引入了型钢和陶粒混凝土界面黏结滑移本构关系,陶粒混凝土应力-应变关系采用包括上升段和下降段的分段式方程.有限元分析表明:试件中型钢正应力在同一横截面上是相同的,从加载端到自由端正应力变化梯度逐渐减小;等效约束系数小于0.01的试件发生劈裂破坏,大于等于0.01的发生推出破坏;有限元计算承载力和滑移与试验结果吻合较好,为型钢陶粒混凝土构件进行有限元分析提供参考.     

轴心受力H型钢PEC组合柱承载能力分析

近年来国内对型钢混凝土组合结构的研究应用已经非常广泛,但就型钢混凝土部分外包组合柱的研究仍较少。为了研究H型钢混凝土组合截面部分外包组合柱(PEC组合柱)的极限承载力、稳定性及刚度,利用有限元ANSYS软件,对3组共18根构件(12根PEC组合柱,6根H型钢柱)进行单向轴心受压模拟试验,观察了试件加载后的变形情况及截面应力云图,提取数据绘制出型钢对混凝土的约束曲线。根据模拟结果分析了试件的强度承载力、稳定性承载力及刚度等力学性能。为了验证模拟的可靠性,选取1 m不同截面的两根PEC组合柱进行轴向加载试验。结果表明:PEC组合柱具有较好的变形能力;PEC组合柱的强度承载能力、稳定性及刚度比单独型钢柱均有提高;混凝土对防止型钢柱的局部屈曲起良好作用;型钢对混凝土的约束能力随型钢的高宽比的减小而增加;试验结果与模拟结果吻合较好,证实了模拟的可靠性。研究为后续的试验研究提供了合理的理论依据和参考。     

CSRC柱轴压性能试验及非线性全过程分析

进行6个核心型钢混凝土(CSRC)柱试件的轴压性能试验,并利用有限元分析软件对试件进行非线性全过程数值模拟.研究配置核心型钢和不同配箍特征,及其对混凝土柱轴心抗压承载力和轴向变形性能的影响. 试验结果表明,设置配钢率为2.88%的核心型钢,试件的轴压强度可提高约30%,轴向变形能力可提高约1倍. 增加试件体积配箍率,可有效提高试件的轴向变形能力并改变试件的脆性剪切破坏形态为整体压溃. 把试件截面混凝土划分成约束区与非约束区,采用不同的混凝土本构建立有限元模型,ANSYS分析结果与试验结果对比分析表明,程序计算结果与试验结果吻合较好.     

基于OpenSEES的SRC柱低周往复加载数值模拟

为研究型钢混凝土构件在往复荷载下的弹塑性滞回性能,采用开源的地震工程模拟系统OpenSEES进行有限元数值模拟。选用基于Kent-Scott-Park混凝土本构关系和Giuffr啨-Menegotto-Pinto钢筋本构关系的纤维模型,对钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)柱试件和型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,SRC)柱试件建模。分析结果表明:将OpenSEES中基于纤维模型的位移型梁柱单元(Displacement-Based Beam-Column,DBBC)、零长度单元和P-Delta转换器结合使用,能体现SRC柱在不同轴压比下滞回环的特点,较好地反映型钢对混凝土柱强度与刚度的加强作用,模拟SRC柱试件在大变形下的非线性反应,可供SRC结构构件数值模拟和地震反应分析参考。     

考虑区域约束的预应力型钢混凝土梁受弯承载力研究

为研究预应力型钢混凝土框架梁中型钢对混凝土约束作用及对梁承载力的影响,对前期有黏结预应力型钢混凝土框架试验进行研究。研究发现型钢能有效地约束预应力型钢混凝土框架梁中核心混凝土变形,改善受压混凝土破坏时的脆性性能,提高梁的受弯承载力。在此基础上,提出将预应力型钢混凝土框架梁作为压弯构件,参照文献的区域约束混凝土理论,在叠加基础上考虑约束混凝土的额外强度来计算梁的受弯承载力;提出考虑区域约束影响的承载力计算方法,计算结果与试验试件极限状态受弯承载力对比,计算值与试验值比值的平均值为0.98,吻合较好。     

CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析

为了研究预载水平对碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP,又称为"碳纤维布")约束型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)矩形短柱轴压性能的影响,文章采用有限元软件对已有试验试件进行了数值模拟,结果表明采用混凝土损伤塑性模型可较好地模拟预载后加固型钢混凝土柱在有材料损伤后的力学性能。通过数值分析发现,碳纤维布对型钢混凝土矩形短柱的约束作用主要集中在水平截面的柱角部和靠近型钢部位;预载水平提高后,峰值荷载下试件中混凝土的竖向应力降低,且远离型钢部位的柱角部混凝土应力变化最明显,同时预载水平对碳纤维布工作应变有影响;建立了预载水平与碳纤维布有效拉应变的关系式。     

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.     

SRC-RC转换柱中钢与混凝土的共同工作

型钢混凝土-钢筋混凝土(SRC-RC)竖向混合结构是下部采用型钢混凝土(SRC)结构、上部采用钢筋混凝土(RC)结构的特殊结构形式.SRC-RC转换柱是该结构中用于连接下部SRC柱与上部RC柱的转换构件.SRC-RC转换柱由于具有型钢局部存在于柱中下部的特点,钢与混凝土之间的共同工作问题较为突出,导致转换柱产生了特殊的破坏方式.通过对16个SRC-RC转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件的低周反复荷载试验,研究了转换柱中钢与混凝土的共同工作,给出了力学模型.研究结果表明:给出的模型可以较好地的说明型钢与混凝土之间的内力传递,并可用于分析转换柱试件的破坏机理;配钢率增大,型钢承担更多的剪力,整个加载过程中混凝土的损伤更为严重;采用型钢截断位置的局部加密和沿柱全高加密两种方式对部分试件采用箍筋加密措施,均取得了较好的效果,增加箍筋的数量可以有效缓解型钢局部存在的不利影响;减小配钢率有利于改善转换柱的滞回性能和变形能力.     

型钢混凝土柱承压性能非线性有限元分析

从型钢混凝土本构关系入手引入接触面粘结滑移机制,讨论了在ANSYS模型中引入接触面粘结滑移机制模拟型钢混凝土柱的基本理论和具体方法。通过有限元模拟结果与已有文献实验结果地对比分析,验证了本研究所采用的ANSYS模型模拟型钢混凝土柱进行承压性能分析的可靠性和准确性。对影响型钢混凝土柱承压性能的三个因素(配筋率、混凝土强度、含钢率)进行了有限元模拟分析,得出了各因素对刚度、延性和承载力三方面的影响规律。研究表明:混凝土强度变化对构件刚度有所影响;在一定范围内,含钢率的增加可以有效提高构件的承载力;混凝土强度和配筋率的提高对改善构件延性有利。结论对型钢混凝土承压柱的工程应用具有一定的指导意义。     

区域约束混凝土小方箍柱在高轴压比下往复荷载试验研究

为研究区域约束混凝土小方箍柱在高轴压比下的抗震性能,通过传统井字箍柱、区域约束混凝土小方箍柱及型钢区域约束混凝土小方箍柱分别在1.1和1.25的高轴压比下往复荷载试验,比较其破坏形态、骨架曲线、延性及耗能能力等指标。试验结果表明:区域约束混凝土小方箍在高轴压比下仍能有效提高混凝土的延性及耗能能力。因此对于区域约束混凝土小方箍柱,可以适当提高规范中轴压比的限值。     

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.     

核心型钢混凝土柱抗震性能试验及数值模拟

在低周反复荷载作用下,对1个钢筋混凝土柱和8个核心型钢混凝土柱进行试验,研究核心型钢配钢率和轴压比对试件抗震性能的影响.研究结果表明,试件抗震性能随着核心型钢配钢率的增加得到显著改善.采用有限元软件ADINA对试件进行非线性有限元全过程分析,计算得到的试件骨架曲线、应力应变分布和裂缝发展情况与试验结果吻合良好.     

型钢混凝土柱抗震性能实验研究

通过对8根剪跨比为3,十字型钢混凝土柱进行了低周反复荷载实验,研究型钢混凝土柱的抗震性能. 主要分析了实验构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数和耗能能力,并探讨了体积配箍率对型钢混凝土柱抗震性能的影响,通过实验数据的拟合给出了型钢混凝土柱的延性与体积配箍率的关系式. 实验结果证实十字型钢混凝土柱构件具有良好的抗震性能,而且体积配箍率是影响型钢混凝土柱构件延性的一个重要因素,对构件的抗震性能的改善具有非常明显作用.     

型钢混凝土结构施工过程时变效应计算

基于型钢混凝土(SRC)构件实际受力机制,引入主从约束方法推导了型钢混凝土组合构件子结构单元模型,解决了徐变效应下钢和混凝土的协同工作问题.采用有效模量法(AEMM)与有限元法相结合的徐变计算理论,以Visual C++和ObjectARX为工具研发了高层型钢混凝土组合结构施工过程分析软件(SRCCM),并与通用有限元软件进行对比分析,验证了软件的正确性.算例表明:采用主从约束方法的子结构单元模型能够合理地反映型钢混凝土构件实际受力机制,基于该模型所编制的高层型钢混凝土组合结构施工过程分析模拟软件能够在工程实际中应用.     

尺寸效应对GFRP管型钢混凝土组合柱力学性能的影响

为研究尺寸效应对GFRP管型钢混凝土组合柱力学性能的影响规律,对4根组合柱试件进行轴压试验,并验证了Ansys软件所建模型的正确性.建立5种尺寸的组合柱模型进行有限元分析.结果表明:随着试件尺寸的增大,试件的极限应力和延性都会随之降低,且降低幅度呈现非线性变化.该研究为GFRP管型钢混凝土组合柱组合柱的实际应用提供一定理论依据.     

不对称型钢混凝土梁抗弯承载力

进行了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力试验,通过两根试件的单调加载试验,确定了不对称型钢混凝土梁的抗弯承载力、破坏形态及截面应变特征等基本性能;建立了型钢混凝土梁有限元模型,有限元分析得到的构件抗弯承载力与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的正确性.推导了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力实用计算方法,计算结果与试验数据及有限元分析结果符合较好,为不对称型钢混凝土梁在实际工程中的应用提供了设计依据.     

型钢混凝土十字形异形柱抗震性能试验及有限元分析

为研究型钢混凝土十字形异形柱的抗震性能,完成4个不同轴压比、配钢率、加载方向试件的低周反复荷载试验。对不同设计参数试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形能力、耗能能力进行分析。根据试验结果,采用ABAQUS对试件进行有限元分析,分析得到的试件的破坏形态、骨架曲线及承载力与试验结果总体上吻合较好。试验及有限元分析结果表明:型钢混凝土十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力和耗能能力。与钢筋混凝土十字形异形柱相比,型钢混凝土十字形异形柱承载力高、抗震性能好,可适用于高层建筑以及抗震设防烈度较高地区的建筑中。     

火灾后型钢混凝土构件抗弯和轴压刚度计算方法

火灾后构件的截面刚度是进行结构内力分析的基础,也是进行火灾后力学性能评估和抗震分析的关键指标。为计算火灾后型钢混凝土柱初始、使用阶段的抗弯和轴压刚度,该文采用火灾后型钢混凝土柱力学性能的有限元分析模型对常用参数范围内影响火灾后型钢混凝土柱初始、使用阶段的抗弯和轴压刚度的参数进行了参数分析。结果表明:升温时间、截面周长和截面含钢率是主要影响因素。在参数分析的基础上,给出了相应的实用计算公式,结果可为型钢混凝土柱火灾后的力学性能分析提供参考。     

几种区域约束混凝土柱的抗震性能试验研究

对比分析同一轴压比下的4根不同配筋形式的约束混凝土柱在拟静力试验下的抗震性能(1个为普通约束混凝土柱,3个为区域约束混凝土柱),以得到普通约束和区域约束的差异,同时亦期望得到改用角钢代替角部纵筋筋的区域约束是否能对区域内的混凝土进行良好的约束。试验结果表明,良好的区域约束使得试件有较好的抗震性能,且改用角钢代替角部钢筋的试件对区域内混凝土约束良好,未出现掏空现象。     

约束PEC柱(强轴)抗火性能试验研究

为了研究轴向约束对部分包裹型钢混凝土组合柱(PEC柱)抗火性能的影响,开展了轴向约束PEC柱的抗火性能试验研究和有限元分析.考虑轴压和绕强轴压弯两种受力形式,进行了两根ISO-834标准火灾作用下四面受火轴向约束PEC柱的抗火性能试验.测试了试件截面温度场分布、轴向及侧向变形和耐火极限,观察了试件的破坏过程.试验结果表明:施加柱端弯矩的约束PEC柱侧向变形速率大,其破坏形态与轴压约束柱明显不同,为绕强轴的弯曲破坏;相同荷载比下有柱端弯矩的约束PEC柱耐火极限比轴压约束柱略长,总体而言两者的耐火极限均较短.有限元分析结果与试验结果吻合较好,具有较高的精度,可用于进一步的参数分析.