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。     

钢管混凝土(单圆管)约束扭转试验研究

进行了钢管混凝土构件的约束扭转试验以及空钢管和素混凝土构件的抗扭对比试验.试验结果表明,在钢管混凝土构件的约束扭转受力过程中,钢管与核心混凝土能够协调变形,表现出良好的约束效应和弹塑性形变规律.钢管混凝土的约束抗扭承载力大于相应尺寸的空钢管和素混凝土抗扭承载力的代数和,为计算其约束抗扭承载力提供了依据.     

钢管混凝土哑铃型截面构件扭转试验及抗扭刚度分析

分析了钢管混凝土哑铃型截面构件的约束扭转试验及抗扭刚度参数,结果表明,钢管混凝土哑铃型截面构件有较好的扭转弹塑性;增加腹腔宽度可增强哑铃形构件的抗扭性能,增加截面高度对于增强构件抗扭承载力影响不大;哑铃型截面抗扭刚度为钢管、管内混凝土、腹腔混凝土三部分抗扭刚度之和,腹腔混凝土抗扭刚度所占比重较小,可以忽略.     

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.     

尖端形椭圆钢管混凝土构件压扭复合受力性能分析

文章基于等效本构模型建立了尖端形椭圆钢管混凝土(oval-ended elliptical concrete-filled steel tubular, OECFST)构件在压扭复合受力下的有限元分析模型,揭示了OECFST构件在压扭复合受力状态下的受力机理和破坏模式,探讨了不同截面形式下轴压比对扭矩转角曲线的影响,分析了钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比及截面面积等参数的影响规律。结果表明:OECFST构件在压扭复合受力下表现出良好的塑性性能,且轴压下抗扭承载力随着钢材强度、含钢率的增大而增大,随着长短轴比的增大而减小,混凝土强度的改变对其影响较小;随着约束效应系数增大,轴压比值与扭矩比值的相关系数有所提高,长短轴比和尺寸效应对其影响较小。研究成果可为OECFST结构设计和应用提供参考。     

FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱轴压性能有限元分析

以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5%,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6%～7%.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4%～5%.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比...     

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.     

钢管约束超高性能混凝土柱的抗震性能

使用Abaqus通用软件对钢管约束超高性能混凝土柱的抗震性能进行数值仿真分析,探讨该类新型组合柱的破坏模式、滞回曲线、位移延性、刚度退化以及能量消耗等,研究轴压比、长细比、混凝土强度、钢管强度、径厚比等参数对钢管约束超高性能混凝土柱抗震性能的影响,提出合理参数范围.结果表明:钢管约束超高性能混凝土柱具有良好的耗能能力及抗震性能;轴压比和长细比对其抗震性能影响较大,轴压比宜为0.1～0.3,长细比宜为5～11;而混凝土强度、钢管强度和径厚比对其抗震性能影响较小.     

椭圆钢管混凝土中、长柱轴压性能研究

为了研究椭圆钢管混凝土中、长柱的轴压性能,文章通过ABAQUS有限元程序建立了轴压作用下椭圆钢管混凝土中、长柱的理论力学模型,考虑了核心混凝土与钢管之间的复杂接触问题、初始缺陷、椭圆特征、屈曲模态及材料非线性;试验结果验证了理论分析模型的准确性;开展了轴压作用下椭圆钢管混凝土中、长柱力学性能的参数分析,研究参数包括混凝土强度、钢材强度、径厚比、长短轴比、截面面积及长细比等,对轴压承载力、刚度及变形能力的影响进行了分析,揭示了椭圆形钢管混凝土中、长柱的破坏模式。研究结果表明:椭圆形钢管混凝土中、长柱的破坏模式包括柱半高以上反弯点破坏和柱半高反弯点破坏;椭圆钢管混凝土中、长柱承载力随着混凝土强度、径厚比及截面面积的增大而增大,随着长短轴比的减小而增大;其弹性刚度随着混凝土强度、径厚比及截面面积的增大而增大,随着长短轴比和长细比的减小而增大;影响椭圆钢管混凝土长柱的主要因素是长细比。研究结果可为椭圆钢管混凝土中、长柱在实际工程中的应用提供依据。     

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.     

椭圆形钢管混凝土承载力的试验研究

根据正交试验理论,设计了不同混凝土强度、钢管强度、钢管厚度、长细比等的钢管混凝土试件,通过轴心受压加载方式测试其承载能力.试验结果表明:受轴压载荷时,钢管混凝土的强度随着混凝土强度、钢材强度、钢管厚度的增加而增加,随着钢管混凝土的高度增加而减小.     

变截面平缀管式钢管混凝土格构柱的抗震性能

应用OpenSEES通用程序建立变截面平缀管式钢管混凝土格构柱有限元模型,试件的分析结果与拟静力试验结果吻合良好。以柱肢坡度为计算参数,对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱开展抗震性能研究,探讨了构件的耗能能力、骨架曲线、结构延性、刚度退化等方面的受力性能和规律,并与等截面钢管混凝土格构柱进行对比研究。在此基础上进一步分析了轴压比、试件高度(长细比)、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、支主管管径比、钢材屈服强度、混凝土强度等参数对变截面平缀管式钢管混凝土格构柱抗震性能的影响,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和变截面钢管混凝土格构式桥墩的工程应用提供参考。     

长期荷载作用对内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

利用ABAQUS建立考虑长期荷载作用的内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱数值分析模型.通过与已有试验数据对比,验证建模方法的可行性.在此基础上对该类新型组合柱进行力学性能分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比.最后,分析长期荷载比、混凝土强度、钢管含钢率、型钢含钢率等对长期荷载作用下构件变形和承载力的影响规律.结果表明:长期荷载使组合柱中钢管和型钢提前进入塑性屈服,增大组合柱达到极限承载力时二者与混凝土的接触应力,改善其对混凝土的约束作用,使组合柱极限承载力提高,对应应变增大.参数分析表明:混凝土强度提高增大了长期荷载对组合柱的影响,钢管含钢率和型钢含钢率的增加使长期荷载影响减弱.     

钢管-纤维增强水泥基符合材料混凝土叠合柱轴压性能

为了研究构造参数对钢管-超高延性纤维增强水泥基材料(engineered cementitious composites,ECC)混凝土叠合柱的轴压力学性能的影响规律,采用数值模拟方法对比分析了长细比、截面形式、钢管壁厚、纵筋直径以及配箍率对极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线的影响,研究不同参数的影响规律.研究结果表明:通常采用ECC混凝土替代外包普通混凝土能有效提高叠合柱的承载能力,同时能极大改善试件的延性;相同截面含钢率条件下,采用圆截面钢管的构件约束效应较好;钢管厚度与构件长细比是影响钢管-ECC混凝土叠合柱承载能力的重要参数;外包纵筋直径与箍筋间距变化对试件承载力具有提高作用;随着钢管厚度、纵筋直径的增加及构件长细比的减小,单轴荷载作用下叠合柱的承载力得到提高.     

徐变对钢管混凝土拱桥拱肋截面应力重分布的影响

采用混凝土徐变理论及有限单元法,并考虑混凝土的弹性后效及混凝土受四周约束作用的徐变特性,对任意形状拱肋截面的钢管混凝土拱桥的应力重分布进行研究,推出短期荷载作用下截面应力和在长期荷载作用下应力重分布的半解析表达式,提出要应的分析及实施步骤,分析表明,徐变对钢管混凝土拱桥的截面应力重分布非常显著,如与外荷截作用下的应力相叠加,则可能会恶化结构构件的工作。     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

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.     

L形钢管混凝土组合柱抗震性能分析及水平承载力设计方法

为研究不同构造参数对L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D柱)抗震性能的影响规律,通过建立有限元模型并与已有试验结果进行对比,在验证模型合理准确的基础上,对轴压比、钢管截面尺寸、宽厚比、连接板厚度、长细比、混凝土及钢材强度进行参数化分析。结果表明:轴压比小于0.6时,提高轴压比可以适当提高峰值荷载;随着轴压比的继续增大,峰值荷载都降低;单肢截面尺寸的增加,可以明显提高承载力、延性、耗能能力和极限变形能力;随着长细比的增加,承载力急剧降低,但耗能能力提高;连接板厚度的减小可以提高耗能能力。水平承载力设计公式预测值与试验值吻合良好,平均误差小于6%。     

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。