矩形不锈钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对7组不同截面尺寸的矩形不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到了不同试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、荷载-长宽比曲线,分析了矩形截面长宽比对试件承载力的影响. 研究结果表明:矩形不锈钢管混凝土短柱在轴向压力作用下,其典型破坏模式为试件局部向外屈曲破坏;在相同长宽比的情况下,壁厚由4 mm增加到6 mm时,试件承载力增加25%~57%;在相同壁厚的情况下,长宽比由1增加到2,试件承载力减小22%~30%;将本文试验数据与国内外普通碳钢钢管混凝土柱的相关规范和标准的计算结果进行对比分析,发现不锈钢管混凝土短柱轴压承载力较相同截面的普通碳钢钢管混凝土短柱承载力平均高出14%;通过数值拟合得到了轴压承载力计算公式,该计算公式能较好地预测矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力.      

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

四肢格构型钢管混凝土截面计算模式研究

四肢格构型截面是大跨度钢管混凝土拱桥常用的截面型式,在具体构造上有缀板式和缀条式2种。着重研究了缀板式格构型截面的计算模式,提出板单元法和空间梁单元法2种计算模式,推导了板单元等效厚度计算公式,并介绍了空间梁单元法的建模要点。最后通过一个工程实例分析,表明2种计算模式都能满足工程计算精度要求,在具体应用上板单元法更为方便。     

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

钢管混凝土抗震性能ABAQUS数值模拟中损伤因子比较研究

针对国内外3种不同的混凝土损伤计算模型,分别用其模拟计算了往复荷载下钢管混凝土损伤过程,并绘出了3种模型损伤因子随应变变化的曲线;对于Birtel和Mark模型,探讨了系数bc对损伤因子的影响,随着系数bc取值的减小,相同应变下对应的损伤因子值增大;最后将这3种模型有限元计算得到的往复荷载下钢管混凝土构件的骨架曲线与试验骨架曲线进行对比分析。比较结果表明:当Birtel和Mark模型中bc取0.5时,计算得到的荷载(P)-位移(Δ)骨架曲线与试验结果误差最小,基于高斯积分算法的余能模型算出的骨架曲线与试验结果误差其次,修正的余能模型算出的骨架曲线与试验结果误差最大。     

剪跨比不大于2.0的RC剪力墙力-位移全过程计算

为实现以剪切为主的（剪跨比不大于2.0）钢筋混凝土剪力墙力-位移全过程计算,在拉压杆模型基础上通过合理化假定提出了考虑变形协调的改进拉压杆模型.模型由对角斜向混凝土压杆、混凝土次斜压杆、混凝土次生斜压杆、水平拉杆、竖向拉杆及墙肢分布筋拉杆等组成,定量确定了模型中对角斜压杆及次斜压杆变形与墙端位移间的关系,建立了各杆件之间的变形协调条件、物理方程和平衡方程等计算式.此外应用该模型分析了轴压比,剪跨比及墙肢分布配筋率三种参数对剪力墙力-位移骨架曲线的影响.研究结果表明:与6片剪力墙试验结果对比,该模型能够较好地模拟剪跨比不大于2.0、以剪切受力特征为主的钢筋混凝土剪力墙力-位移骨架曲线;当轴压比由0.1依次增至0.5时,峰值承载力最大增量为27%;剪跨比由1.0依次增至2.0时,峰值承载力最大减少30%;分布配筋率由0.25%依次增至0.55%时,峰值承载力最大增量为6%;相比于其余两个参数,配筋率对墙肢承载能力的影响最小.      

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

HSRC框架柱的恢复力特性

为了对在地震作用下的构件受力性能全过程进行动力分析,通过对19根参数不同的剪跨比λ≥3型钢高强混凝土框架柱的低周反复加载拟静力试验结果进行分析,运用试验拟合法,模拟了型钢高强混凝土框架柱的无量纲骨架曲线和无量纲标准滞回环,得出了型钢高强混凝土框架柱的刚度退化规律,建立了型钢高强混凝土框架柱的恢复力模型.实验结果表明:无量纲骨架曲线可以用4折线表示;无量纲标准滞回环可以用3折线表示,每循环一周,刚度退化就更严重一些,循环一周后不指向原来卸载点,产生超前指向;从屈服点到极限点之间的刚度退化随着水平位移绝对值的增加而加大.     

方钢管混凝土双向偏压构件有限元分析

在实际工程中,方钢管混凝土柱有可能成为双向偏压构件。利用有限元软件ABAQUS建模对方钢管混凝土双向偏压构件的荷栽．变形全过程进行了计算,计算结果与试验结果符合良好。在此基础上,结合钢管和混凝土的应力分布云图对方钢管混凝土双向偏压构件的荷载．变形全过程进行了分析,这对深入研究该类构件的工作机理有重要意义。最后,分析了各种参数：混凝土强度、钢材强度和厚度、长细比、偏心角和偏心距对构件荷载．变形关系曲线的影响。     

初应力对钢管混凝土哑铃形长柱受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土哑铃形轴压长柱试件的试验研究．在试验研究的基础上,进行了以长细比、偏心率和初应力度为参数的有限元分析,探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法．分析结果表明,有初应力的钢管混凝土哑铃形柱的受力性能与有初应力的单圆管的相似．初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载及切线刚度降低．初应力对极限承载力影响不大,但随着长细比的增大而增加,长细比较小时对其可忽略不计．最后,给出了考虑初应力影响的钢管混凝土哑铃形构件极限承载力的实用计算方法．     

有初应力的钢管混凝土偏压构件极限承载力计算

应用有限元方法对有初应力的钢管混凝土偏压试件进行了非线性分析,算例计算结果与试验结果吻合良好．应用该方法,以长细比、偏心率和初应力度为主要参数对有初应力的钢管混凝土偏压构件进行了受力性能分析．分析结果表明,初应力度对于偏压短柱受力的影响与初应力对轴压柱的影响基本相同;对于偏压长柱,稳定极限承载力随着初应力增大呈非线性下降趋势,最大下降幅度可达20％,同时稳定极限荷载所对应的挠度也相应增大．增加钢号等参数,对大量进行了有限元计算,给出了极限承载力的初应力度影响系数（有初应力构件的极限承载力与无初应力构件的极限承载力之比）的简化计算公式．最后,以表格的形式给出仅含两个主要参数（长细比和初应力度）的初应力度影响系数,以供工程中更加简便、偏安全的应用．     

轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响

为探讨轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响机理,采用有限元法,对5种柱顶偏心变轴力加载模式下箱形钢柱的抗震性能进行了数值分析,探讨了轴力变化对箱形钢柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数以及耗能能力的影响规律.研究结果表明:柱顶变轴力加载频率对箱形钢柱抗震性能的影响较大,轴力变化频率越大,构件的抗震性能越差;柱顶轴力的变化幅值越大,箱形钢柱的承载力退化越严重;箱形钢柱的壁板宽厚比越小,轴力变化对构件抗震性能的影响越大.因此制定大跨度空间结构中箱形钢柱的抗震措施时,应充分考虑轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响.      

Prediction of Axial Capacity of Concrete-Filled Square Steel Tubes Using Neural Networks

The application of artificial neural network to predict the ultimate bearing capacity of CFST （ concrete-filled square steel tubes） short columns under axial loading is explored. Input parameters consiste of concrete compressive strength, yield strength of steel tube, confinement index, sectional dimension and width-to-thickness ratio. The ultimate bearing capacity is the only output parameter. A multilayer feedforward neural network is used to describe the nonlinear relationships between the input and output variables. Fifty-five experimental data of CFST short columns under axial loading are used to train and test the neural network. A comparison between the neural network model and three parameter models shows that the neural network model possesses good accuracy and could be a practical method for predicting the ultimate strength of axially loaded CFST short columns.     

钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

为了建立侧向冲击荷载作用下钢管混凝土柱的损伤评估方法，以钢管混凝土柱近支座落锤冲击试验为基础，结合数值模拟和理论分析，研究预加轴力、冲击体质量及冲击速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响. 选取冲击体质量和速度作为损伤评估主控变量，建立基于剩余承载力的损伤评估指标D的计算式，并划分损伤评估等级. 以典型钢管混凝土结构柱为例，通过仿真试算拟合其损伤评估曲线，并建立损伤评估的图解方法. 研究结果表明:冲击体质量和速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响显著，预加轴力的影响呈现出变异性；D=0.3，0.5，0.7时的损伤评估曲线将坐标平面划分为4个面域，分别代表钢管混凝土柱发生轻度损伤、中度损伤、重度损伤及破坏失效；根据冲击体质量和速度的组合点与损伤评估曲线的位置关系，可以快速判定钢管混凝土柱的损伤程度.      

矩形混凝土空心墩延性抗震性能试验研究

为深入认识混凝土空心墩地震损伤机理并评估其延性能力,对不同剪跨比、纵筋率及配箍率的方形和矩形空心墩试件开展拟静力加载试验. 观测各墩裂缝分布和损伤情况,分析桥墩的滞回性能、曲率及位移延性,并结合文献试验数据探讨既有塑性铰公式对空心墩顶部位移能力计算的适用性. 研究结果表明:各空心墩试件呈弯曲破坏特征,延性系数均在5.0以上,抗震性能良好;相同剪跨比下空心墩抗剪性能弱于相同外尺寸实心墩;增加纵向率能够适当提升空心墩侧向承载力和极限位移;在低轴压比下,纵筋率和箍筋用量对空心墩位移延性系数的影响规律不明显;空心墩塑性铰长度随剪跨比、纵筋强度或直径、轴压比的增加而提高,随混凝土强度的增加而降低,而配箍率的影响不显著;Mander、孙治国和JRA塑性铰模型预测值与试验值误差不超过5%,其中Mander公式计算效果最佳,可用于评估空心墩等效塑性铰长度;规范中较多采用的Paulay-Priestley模型高估了空心墩塑性铰长度,会使得桥墩抗震设计偏于不安全.      

钢管混凝土拱桥的多维平稳随机地震响应

用随机振动理论，对钢管混凝土拱桥的多维地震响应的计算方法和响应特性进行了研究．提出了多维激励作用下的虚拟激励法，采用该方法分析了钢管混凝土拱桥在多维激励作用下的平稳随机响应特性，并探讨了主拱横撑刚度对结构响应特性的影响．结果表明，多维激励作用下的虚拟激励法与传统的随机振动理论具有相同的计算精度，但速度要快得多；横向激励和竖向激励对拱肋内力的影响较大，拱肋内力响应有随横撑剐度增大而增大的趋势。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

外置可更换耗能装置的节段拼装CFST桥墩抗震性能分析

为顺应桥墩震后使用功能快速修复的新要求,提高预制拼装桥墩在中、高烈度地震区的适用性能,提出了一种外置可更换耗能装置的节段拼装钢管混凝土（CFST）桥墩. 基于ABAQUS有限元分析软件建立了三节段后张预应力预制拼装CFST桥墩分析模型,对外置3种不同控制参数（截面贡献率、耗能钢棒长细比及其布置方式）耗能装置的桥墩模型在往复加载作用下的抗震性能进行了分析. 研究结果表明:外置耗能装置的节段拼装CFST桥墩墩身损伤可控,能够通过更换耗能装置等措施实现震后的快速修复;与未设置耗能装置的桥墩相比,该类桥墩的侧向承载力、初始刚度和耗能能力分别提升了11%~88%、2.86%~6.87%和2.3倍~12.9倍;为保证震后修复的可行性,建议耗能装置的截面贡献率宜低于1.9%;中部接缝处设置的耗能钢棒直径过小将阻碍墩底处耗能钢棒充分发挥耗能作用,耗能装置沿墩高方向布置的折减系数大于0.5;耗能钢棒长细比的改变会影响墩柱的抗侧强度和延性,长细比减小,桥墩耗能能力逐渐提升,但残余位移也逐渐增大,建议耗能钢棒长细比的取值宜大于4.5.