双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明：SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.     

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.     

T形钢管混凝土组合构件抗弯性能

将两根矩形钢管直接焊接形成新型T形钢管混凝土组合构件,进行了8组共16个T形钢管混凝土组合构件的抗弯试验,分析了含钢率、剪跨比、截面尺寸等参数对新型T形钢管混凝土组合构件抗弯性能的影响,比较了新型T形钢管混凝土组合构件和传统T形钢管混凝土组合构件的抗弯性能.运用有限元软件ABAQUS对构件的弯矩-挠度曲线进行了全过程分析.数值分析结果与试验结果符合良好,两者的承载力差值在5%以内.提出了新型T形钢管混凝土组合构件抗弯极限承载力的计算公式,并运用该公式计算了5组试件的弯曲极限承载力,计算结果与试验结果误差最大为14%,结果令人满意.     

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.     

两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件抗侧向冲击性能有限元分析

目的 研究两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件的抗侧向冲击性能,为该类构件的工程应用提供参考。方法 建立并验证侧向冲击荷载作用下两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件有限元模型,分析了典型构件在侧向冲击荷载作用下的全过程、破坏形态、应力发展、相互作用力时程曲线和弯矩时程曲线等动态响应;研究了冲击能量、冲击冲量、钢材强度、GFRP管厚度以及截面含钢率对构件抗冲击性能的影响。结果 随着冲击能量及冲量的增大,冲击持时和构件弯曲变形增大;提高钢材强度、GFRP管厚度可以改善构件的抗冲击性能。结论 GFRP管对混凝土有较好的约束作用,构件在侧向冲击荷载作用下整体发生弯曲破坏,内部钢骨塑性变形发展充分,构件抗侧向冲击性能优越。     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

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.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

含钢率对混凝土截面温度场分布的影响

将钢筋的圆形截面等效为面积相等的方形截面,采用四边形单元建立配置钢筋、型钢的混凝土截面的二维温度场分析模型,分析纵筋配筋率、型钢含钢率对混凝土截面温度场分布的影响.算例计算结果表明:钢筋对截面温度场分布计算结果影响较小,钢筋的存在使保护层内混凝土的温度降低,核心混凝土的温度升高,忽略钢筋对截面温度场分布的影响是合理的.型钢对截面温度场分布的计算结果影响较大,受火180min内混凝土截面内型钢翼缘中心处和截面形心处温度计算结果最大分别相差17.1℃和98.7℃;高温下型钢混凝土构件的抗火性能研究中,需要考虑型钢对截面温度场分布的影响;型钢混凝土构件火灾灾后性能评定中,核心型钢的力学性能可基本恢复.     

悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.     

拼接GFRP管混凝土构件轴心受压性能

拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件,再在内部浇筑混凝土,形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件.通过试验,研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式.结果表明,当加载到(30%~40%)Pu(极限荷载)时,在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%~70%)Pu时,GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载,套箍约束作用继续存在.拼接构件的破坏发生在构件端部,连接处没有发生破坏,而连续整体构件破坏发生在中部位置,表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作.     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

考虑徐变的钢管混凝土拱桥动力分析

随着钢管混凝土应用的逐渐增多,对实际工程非常重要的徐变问题也日渐突出,而徐变对钢管混凝土结构动力响应的影响还研究甚少.为此推导了钢管混凝土轴心受压构件的徐变计算方法,建立了丫髻沙大桥有限元模型.实际测量值与已有研究成果对比表明,建立的有限元模型能够反映实际结构的动力和静力特性.基于继效流动理论和钢管混凝土统一理论,计算分析了徐变对丫髻沙大桥自振频率和动力响应的影响.结果表明徐变对桥自振频率和动力响应影响较大,特别是在徐变发生的早期阶段.     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.     

钢管混凝土嵌岩桩力学性能研究综述

钢管混凝土嵌岩桩在内河航运工程中的应用日趋广泛。钢管作为混凝土填充的模板和钢筋,实现了每种材料(混凝土和钢)的最佳性能,同时提供两种材料相互补充,以缓解不良的失效模式。填料增加了管道的抗压强度和刚度,延迟和抑制了管道的局部屈曲,并在复合作用下提高了管道的延性和阻力。从理论、数值和试验分析的角度阐述了钢管混凝土嵌岩桩研究现状,包括横向承载特性、纵向承载特和钢-混凝土界面力学特性。最后对钢管混凝土嵌岩桩尚待研究的问题进行了展望,研究分析认为钢-混凝土界面局部劣化和发展是未来钢管混凝土嵌岩桩力学性能研究重点。     

方钢管混凝土压弯构件塑性屈服面的简化确定方法

采用塑性铰方法模拟钢管混凝土结构的弹塑性工作性能时,常需要定义钢管混凝土柱截面的塑性屈服面。纤维模型法虽然可以较好的应用于钢管混凝土截面的塑性屈服面分析,但从实际应用的角度考虑,数值方法还是显得较为复杂,不便于工程应用。因此文中在已有方钢管混凝土(concrete-filled square steel tubular,CFST)构件试验研究和理论研究的基础上,首先给出弹性单元参数的确定方法;然后通过理论分析和大量的参数分析,提出了一种方钢管混凝土柱截面轴力-弯矩相关塑性屈服面的快速确定方法。并对纤维模型法与文中建议方法的计算结果进行比较,两者吻合较好,验证了文中方法的正确性。     

钢骨—T形钢管混凝土中长柱轴心受压试验分析

为研究钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压力学性能,对16根长细比为16<λ<43的钢骨—T形钢管混凝土柱进行轴心受压试验,研究试件破坏形态和工作机理,得到试件的荷载—纵向位移曲线、荷载—应变曲线以及荷载—挠度曲线。通过分析套箍指标、配骨指标和长细比等参数对试件轴心受压力学性能的影响,以及对比试件极限承载力的试验值和理论计算值,提出钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压稳定系数计算方法,进而推出极限承载力计算公式。研究结果表明:内置工字型钢骨的T形截面钢管混凝土柱具有较好的延性;钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,改善了核心混凝土的脆性破坏性质,使组合柱的承载力显著提高;所提出的试件极限承载力计算公式可供工程设计参考。