圆中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回模型研究

利用有限元方法,对往复荷载下圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载-位移全过程进行了计算,有限元模型中考虑了往复荷载下混凝土的刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,计算结果与试验结果符合较好.在此基础上,分析了构件名义含钢率、轴压比、长细比、空心率等对该类构件荷载-位移滞回骨架曲线的影响.最后,提出了一种简化的圆中空夹层钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系模型.     

模拟酸雨腐蚀下方钢管混凝土抗震性能研究

为研究酸雨锈蚀对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,设计并制作12根方钢管混凝土试件,按照试验方案将9根试件放入模拟酸雨溶液中浸泡,同时通电加速腐蚀,对全部试件进行低周往复荷载试验。观察试件的最终破坏形态,讨论腐蚀水平及轴压比对试件抗震性能的影响,并与相关规范计算出的低周往复荷载下试件压弯承载力对比。结果表明:试件均在焊缝开裂后迅速破坏;随着锈蚀率升高,滞回曲线由饱满变为梭形,试件的轴向承载力下降,骨架曲线有明显的降低趋势,延性系数下降,耗能能力降低;试件的耗能能力与轴向承载力均随着轴压比的增加而减小;本文试验结果与《钢管混凝土结构技术规范》和江西省规范预测结果均吻合良好,《钢管混凝土结构技术规范》偏于保守。     

钢管混凝土叠合方柱-混凝土方梁边节点非线性分析

钢管叠合柱结构由于其良好的抗震、抗火性能,近些年在建筑领域得到了广泛地研究和应用。基于实际案例,应用ABAQUS平台对叠合方柱-普通混凝土方梁节点进行了非线性有限元分析,分析了构件在柱端轴压梁往复荷载作用下破坏阶段柱的工作机理,探究不同参数对叠合方柱-混凝土方梁节点构件滞回性能和骨架曲线的影响。结果表明：对于叠合方柱-混凝土方梁结构,梁中钢筋牌号、梁截面高度、梁中钢筋主筋直径对滞回曲线和骨架曲线影响显著,柱中钢管牌号、柱端轴压、梁中箍筋间距对滞回曲线和骨架曲线影响不显著;在柱端恒定轴压、梁端往复荷载作用下,叠合柱中钢管混凝土可以协助柱抵抗轴向作用和分担剪力作用,外围钢筋混凝土主要承担剪切作用。     

哑铃型钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

采用混凝土单轴受力应力-应变关系统一计算公式,应用ABAQUS有限元软件建立哑铃型钢管混凝土轴压短柱三维有限元实体模型.将哑铃型钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线简化为2圆钢管混凝土轴压短柱、钢腹板和腹腔内混凝土的荷载-变形曲线简单叠加,建立弹塑性法.对比了有限元法和弹塑性法计算结果与试验结果,2种方法与试验结果较吻合...     

薄壁拉筋矩形钢管混凝土墩柱抗震性能研究

相比圆钢管混凝土墩柱,矩形钢管混凝土墩柱的惯性矩大、稳定性强,但其对填充混凝土的约束较差。为探究端部拉筋和加载方向对矩形钢管混凝土墩柱抗震性能的影响,开展2根方形和2根矩形钢管混凝土墩柱的拟静力试验,分析比较端部拉筋以及加载方向对桥墩的刚度、承载力、耗能、刚度退化以及残余变形的影响规律。并采用ABAQUS有限元软件建立拉筋钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型,有限元模型中混凝土单元引入裂缝,钢材引入韧性损伤以考虑更准确的拉筋钢管混凝土桥墩的抗震性能退化规律。研究结果表明：与传统钢管混凝土桥墩相比,端部拉筋约束钢管混凝土墩柱的屈服荷载、水平峰值荷载、累计耗能和弹性刚度分别提高49.3%、42.8%、24.1%和15.1%,抗震性能优于传统钢管混凝土桥墩。与弱轴加载相比,强轴加载时桥墩的屈服荷载、峰值荷载累积耗能和弹性刚度分别提高了45.1%、44.9%、51.7%和7.1%,表明强轴加载时更易发挥抗震性能。采用有限元软件建立的钢管混凝土桥墩精细三维实体-壳单元模型与试验结果吻合良好,反映了循环荷载下拉筋钢管混凝土桥墩的塑性大变形阶段承载力退化现象和滞回曲线“捏拢”效应。有限元模型计算的...     

材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

高层斜交网格结构斜交柱节点抗震性能研究

以钢管混凝土(CFST)斜交交点为原型,利用ANSYS建立三维实体模型,对其进行往复荷载作用下非线性分析。分析在不同加载阶段钢管、加强环、竖向连接板、核心混凝土等各部件的应力分布情况,研究斜交节点的水平力-位移滞回曲线及横向刚度的退化。选取钢管内的核心混凝土强度等级、钢管的宽厚比D/t、竖向连接板厚度和2个斜柱夹角等4个控制参数,研究其对斜交节点的抗震性能的影响。研究结果表明:不同加载阶段各个部件的最大应力出现位置不同;钢管内的混凝土在初始压力以及钢管套箍的作用下表现出较高的延性与强度;斜交节点的滞回曲线饱满,初始刚度较大,且加载过程中横向刚度退化较为平缓,表明钢管混凝土斜交节点的抗震性能良好;钢管的宽厚比D/t、斜柱夹角可直接影响斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化,而核心混凝土强度等级、竖向连接板厚度对斜交节点的极限荷载、滞回性能及刚度退化影响较小。     

圆钢管轻骨料混凝土轴压柱非线性有限元分析

研究目的:为实现对圆钢管轻骨料混凝土轴压柱的荷载-变形曲线非线性有限元分析,本文采用ABAQUS有限元软件建立圆钢管轻骨料混凝土轴压柱有限元模型,对典型的钢管轻骨料混凝土轴压中长柱的荷载-变形曲线进行分析。研究结论:(1)核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到了显著的改善,钢管为轻骨料混凝土提供径向约束的同时纵向应力大幅降低,内力由钢管转向核心混凝土承担的力学特性;(2)钢管对轻骨料混凝土的约束效果要差于对普通混凝土的约束效果。     

动力荷载下钢管混凝土墩柱抗震性能极限分析

为研究钢管混凝土桥墩极限抗震性能，采用Abaqus软件建立圆钢管混凝土桥墩三维实体-壳单元有限元模型。为更准确的描述圆钢管混凝土桥墩的抗震性能退化、震后残余位移变化规律，模型中对混凝土引入裂缝、对钢管引入韧性损伤，进行单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力、振动台加载下圆钢管混凝土桥墩抗震性能试验验证。分析结果表明：考虑水平裂缝和钢材韧性损伤影响的钢管混凝土墩柱实体-壳精细有限元塑性抗震计算方法合理，反映循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象和单、双向动力荷载下钢管混凝土桥墩震后残余位移，也反映钢管混凝土墩柱的界面滑移和约束作用规律；相同地震波作用下全填充钢管混凝土桥墩的地震响应最小，填充混凝土有利于提高桥墩的极限抗震能力。提出适用于双向地震波作用的钢管混凝土桥墩墩顶残余位移与最大位移响应之间的计算公式。     

全CFRP筋混凝土柱抗震性能非线性分析

对6根不同轴压比、剪跨比的全CFRP筋柱进行往复荷载试验,分析其受力特征、刚度变化和滞回特性等抗震性能。通过Open Sees分析平台,选取基于柔度法理论的Nonlinear Beam Column单元,并结合零长度转动弹簧和零长度剪切弹簧单元,建立全CFRP筋混凝土柱数值分析模型。研究结果表明:考虑了筋材滑移和剪切变形的数值模型能较好地模拟全CFRP筋混凝土柱在正反交替荷载下的滞回特征,采用综合考虑承载力和变形因素的综合性能指标能够较好地评价CFRP筋柱的抗震性能,有限元模拟结果和试验结果均得出,剪跨比越大或轴压比越小,综合性能指标越大。     

倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响

为了研究倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响,进行3个系列15个矩形钢管混凝土柱的轴压试验。变化参数包括倒角率(2R/D=0.06～1.00)和钢管厚度(2,4和6 mm)。研究结果表明:倒角半径的改变能够有效地减弱矩形钢管混凝土柱角部的应力集中现象,提高钢管的环向约束效果,改善约束混凝土柱的轴压性能;随着倒角半径的增大,矩形钢管混凝土试件破坏模式从剪压破坏转变为腰鼓破坏,其峰值应力、峰值应变和极限应力显著提高,倒角率为1.00试件的极限强度比倒角率为0.06的试件提高幅度为40%～45%,表现出较高的承载能力和变形能力;钢管厚度的增加对约束混凝土的轴压性能也存在有益影响。     

开槽方钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

工程实际中的钢管混凝土构件在材料缺陷、构造开槽、环境腐蚀等因素的影响下,外部钢管表面将产生影响其结构完整性和使用寿命的局部缺陷.为研究钢管开槽对钢管混凝土短柱轴压承载力和钢管约束作用的影响,开展开槽方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究和有限元分析.试验采用机械开槽的方式模拟钢管局部缺陷,探讨中部横向开槽、中部纵向开槽、角部...     

圆端形耐候钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

研究目的:为研究耐候钢管混凝土的受力性能,本文结合4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验展开研究,采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算,并结合试验和有限元方法分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱力学性能的差异。研究结论:(1)耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似,文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用;(2)增加内约束箍筋后,对耐候钢管混凝土轴压短柱的极限承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有较大幅度的提高;(3)耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土轴压短柱静力力学性能与钢管混凝土试件无显著差异;(4)本研究成果可为耐候钢管混凝土短柱力学性能研究提供借鉴。     

套管混凝土短柱轴压承载力研究

对HDPE管混凝土柱、PVC管混凝土柱和钢管混凝土柱进行了轴压试验,研究了它们的轴压极限承载力和荷载—应变曲线。同时,采用有限元方法对上述三种套管混凝土短柱的轴压试验进行了数值模拟,并与试验结果进行了比较,结果吻合良好。计算结果表明,通过合理选择有限元分析数值模型,可较好地预测套管混凝土短柱的轴压承载力,为今后的试验研究和数值分析奠定了基础。     

钢管混凝土构件承载力影响因素研究

为了深入研究钢管混凝土柱的受力机理,开展了9个钢管混凝土柱的轴压和偏压试验,建立有限元软件ANSYS精确数值模型,重点分析材料等级、偏心率、径厚比和长径比等试验因子对钢管混凝土柱极限承载力的影响规律,可以发现数值分析结果与试验观测数据几乎一致,验证了数值模型的准确性,两者研究结果表明:钢管混凝土构件极限承载力和核心混凝...     

圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析

根据钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析理论,在试验验证的基础上,对钢管混凝土轴压短柱受力机理进行数值仿真,分析了钢管混凝土加载过程中各内力随纵向应变的变化情况,探讨了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明:钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到显著提高,钢管为混凝土提供径向约束,但其纵向应力大幅度降低;在其他条件相同的情况下,含钢率和钢材屈服强度越高,则钢管混凝土轴压短柱套箍作用越强,承载力越高,延性越好;而混凝土强度越高,则试件套箍作用越弱,延性越差,但承载力越高。     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。     

站台雨棚钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估

考虑钢构件由锈蚀引起的几何削弱及材性退化,提出一种钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估方法。通过引入大气腐蚀模型,采用锈蚀缺陷分析方法建立结构有限元模型,同时给出锈蚀钢材屈服应力比下降标准曲线得到结构剩余承载力准则。基于该评估方法,通过迭代计算构件的临界失重率,进而确定构件的损伤系数(耐久性指标)。结合算例阐述站台雨棚钢结构在大气均匀锈蚀作用下的耐久性评估流程。研究结果表明:站台雨棚整体结构的损伤系数随服役时间近似呈线性增长;均匀锈蚀引起的几何削弱与材性退化对结构整体的损伤系数几乎相同;该分析流程可为高铁站台雨棚在大气锈蚀作用下的耐久性评估提供参考。     

排气孔对方钢管混凝土短柱耐火性能影响试验研究

为了深入研究排气孔数量对方钢管混凝土耐火性能的影响,以排气孔数量、轴压比和含钢率为试验参数进行了7个方钢管混凝土短柱耐火性能试验。研究结果表明:排气孔数量会影响试件的鼓曲位置;排气孔数量越多,方钢管混凝土柱耐火极限越低,轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的后期压缩变形速率越快;轴压比越大,方钢管混凝土柱的耐火极限越低,轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的膨胀阶段越不明显;含钢率越高,方钢管混凝土柱耐火极限越低,对轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的影响不大。从高温下钢管混凝土的损伤机理方面解释排气孔数量对方钢管混凝土耐火性能产生影响的原因。研究成果可为该类结构进行防火设计时提供参考。     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。