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．     

初应力钢管混凝土构件承载力的试验研究

通过对8个有、无初应力钢管混凝土构件承载力的试验,研究钢管初应力对钢管混凝土构件承载力的影响及其变化规律,试验结果与理论计算结果吻合良好。     

CFRP钢管混凝土偏心受压构件影响因素分析

本文首先CFRP-钢管混凝土针对该种构件的轴压构件进行工作机理分析。然后在实验基础上着重分析了长细比、偏心率、约束系数等影响CFRP-钢管混凝土偏压构件的力学性能关键因素。分析了各个影响因素对构件极限承载力的影响;得出结论 CFRP在限定的长细比和偏心率等影响因素条件下提高钢管混凝土偏心受压构件的承载力。     

素混凝土柱极限承载力计算方法

开展了19根素混凝土柱极限承载力试验, 提出了素混凝土柱长细比和偏心率的合理取值范围, 采用非线性有限元方法对试验柱承载力进行计算, 通过理论分析和试验数据回归, 提出了素混凝土柱极限承载力计算方法。计算结果表明: 当试验柱长细比大于15与偏心率为0.3时, 素混凝土柱的破坏模式为截面受拉破坏, 未能充分发挥混凝土以受压为主的材料性能; 当试验柱长细比不大于15与偏心率不大于0.3时, 其破坏模式为截面受压破坏。承载力有限元算法计算值与试验值的平均比值为0.995, 方差为0.001 8, 计算值与试验值吻合较好, 有限元算法可用于素混凝土柱的参数分析。提出的素混凝土柱极限承载力计算方法考虑了长细比和偏心率对承载力影响的耦合作用, 其计算值与有限元算法计算值的平均比值为0.976, 方差为0.003, 表明提出的算法具有较高的精度, 且偏安全。     

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。     

CFRP-圆钢管混凝土柱偏压试验研究

通过对16根CFRP-圆钢管混凝土偏压柱试验为基础,研究CFRP-圆钢管混凝土偏压柱的受力性能,分析了偏压柱承载力的主要影响因素长细比和偏心率对CFRP-圆钢管混凝土偏压柱承载力的影响.钢管和CFRP可以保持协同工作.     

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。     

酸雨环境下钢管混凝土柱轴压性能研究

通过通电方法对钢管混凝土试件进行加速腐蚀,分析混凝土强度、长细比和酸雨溶液p H值等参数对受酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的轴压力学性能影响,并与未腐蚀钢管混凝土柱的轴压力学性能进行对比。分析结果表明:钢管腐蚀会引起钢管混凝土柱的套箍系数降低,从而导致钢管混凝土柱承载力和刚度下降,最终影响结构的安全性;酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的承载力随内填混凝土的强度等级提高而增大;随钢管混凝土短柱的长细比增大而减小。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的线弹性分析方法

为了提高哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的计算效率, 提出了极限承载力分析的高效自适应弹性模量缩减法; 根据连续条件和截面塑性承载性能, 建立了钢管混凝土哑铃型构件压弯承载力相关方程, 通过回归分析得到了相应的齐次广义屈服函数; 采用单一组合材料梁单元建立了拱肋的线弹性有限元迭代模型, 通过自适应缩减高承载单元弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤, 确定拱肋的极限承载力, 并与模型试验、非线性有限元法和等效梁柱法计算结果进行了对比。计算结果表明: 建立的齐次广义屈服函数计算结果稳定、可靠, 克服了传统广义屈服函数计算结果受荷载初始值影响的缺陷; 采用自适应弹性模量缩减法只需较少的离散单元数与迭代步数即可获得稳定的极限承载力, 且与模型试验结果误差小于3%, 计算耗时小于16s, 相对非线性有限元法具有良好的计算精度和效率; 哑铃形截面拱肋相比圆形截面拱肋具有更好的承载性能, 矢跨比、含钢率和荷载作用方式是影响钢管混凝土拱肋极限承载力的重要因素; 随着矢跨比增大, 极限承载力增速减缓; 随着含钢率增大, 极限承载力几乎呈线性增长; 随着集中力与均布力比值增大, 其对极限承载力的影响逐渐减弱; 轴力与弯矩是拱肋的主要内力, 随着矢跨比增大, 弯矩对极限承载力的影响更加显著。     

圆钢管自密实混凝土纯弯力学性能

基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型,利用截面分层法对钢管混凝土纯弯构件弯矩-曲率进行全过程分析,建立了钢管混凝土实用组合抗弯刚度、极限抗弯承载力等计算式和钢管混凝土组合梁单元弯矩-曲率全曲线实用计算方法,通过3根钢管自密实混凝土和1根钢管普通混凝土受弯构件的试验研究,考察了混凝土强度和含钢率对构件纯弯性能的影响。试验结果表明,受弯构件受压区钢管对混凝土产生约束套箍作用,受拉区钢管处于双向受拉应力状态,提高混凝土强度对提高极限弯矩作用不明显,而增大含钢率对提高极限弯矩作用较明显,并且与分层法相比,组合单元法在保证精度的前提下,减少了截面分层,提高了程序的计算速度。     

四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算方法

提出了四肢变截面钢管混凝土格构柱抗震性能有限元分析方法, 应用OpenSEES通用程序对试件进行建模, 计算了格构柱荷载-位移滞回曲线与水平峰值荷载; 以柱肢坡度、轴压比、长细比、支主管面积比、柱肢钢材强度、混凝土强度、缀管布置形式等为拓展参数, 研究了各参数对变截面平缀管式和斜缀管式钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴等截面钢管混凝土格构柱骨架曲线统一算法的计算框架, 采用等效长度法, 拟合得到四肢变截面钢管混凝土格构柱骨架曲线各特征值(弹性刚度、水平峰值荷载、峰值荷载位移与下降段刚度) 的计算公式; 结合骨架曲线计算模型, 推导了恢复力模型的计算公式, 并进行了实例验证。研究结果表明: 轴压比、长细比、柱肢坡度、支主管面积比和材料参数是影响变截面格构柱抗震性能的关键参数, 且与等截面格构柱影响规律具有共性, 数值相差不超过20%;各试件特征值计算结果与有限元分析结果均吻合良好, 两者之比为0.990~1.029, 均方差为0.105~0.153, 误差基本控制在15%内; 四肢变截面钢管混凝土格构柱恢复力模型计算误差小于12%, 计算结果可靠。     

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。     

钢管混凝土提篮拱面外受力性能试验

为探究非保向力效应对钢管混凝土提篮拱桥平面外稳定性能的影响,开展了钢管混凝土(CFST)提篮拱空间受力性能试验和有限元分析;基于某原型桥开展了考虑吊杆影响的钢管混凝土提篮拱空间受力性能试验,揭示了模型拱的破坏机理;基于试验结果和实际工程构造参数建立了钢管混凝土标准提篮拱桥有限元模型,通过是否建立杆系吊杆的方式分别考虑吊...     

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.      

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.     

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

钢管混凝土受压构件徐变分析

混凝土徐变使钢管混凝土构件发生应力重分布。根据弹性徐变理论,按龄期调整的有效模量法,导出了轴心受压和小偏心受压构件长期作用下钢管与核心混凝土徐变应力增量计算公式,计算值与试验结果吻合较好。进一步的数值分析表明,截面含钢率变化会显著影响钢管应力增量值的变化,但对核心混凝土应力增量影响不大;随着偏心率的增大,相同含钢率下钢管与核心混凝土应力增量几乎均呈线性变化。增大截面含钢率可降低钢管由徐变产生的附加内力,但根据截面内力按刚度分配的原则,钢管更多地承担外力,使钢管的总内力呈增大趋势,核心混凝土承受的外力显著减小,不利于钢管混凝土构件性能的发挥。     

格构式钢管混凝土风电塔架双拼节点性能研究

为了掌握钢管混凝土双肢拼接节点的破坏机理和力学性能,进行了6个钢管混凝土双肢拼接节点缩尺模型的静力试验研究,并在此基础上采用ABAQUS进行了有限元的非线性分析.通过塔柱径厚比、节点板厚度和有无加劲板3个参数的变化,对节点的破坏模式、节点板的等效应力等性能指标进行了分析.研究结果表明:无加劲板节点的破坏区在节点板上,加劲板节点的破坏是由于压杆失稳而引起;加劲板节点的承载力大于无加劲板节点,但对节点板的厚度、初始偏心和塔柱径厚比等因素的敏感度降低,无加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域和拉腹杆下方的区域;加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域;如果腹杆不发生屈曲破坏,当塔柱径厚比27.4时,节点板厚度相同,塔柱径厚比增大,节点承载力下降,当27.4时,节点板厚度增加,节点承载力下降幅度减小;当节点板与塔柱壁厚比2时,节点承载力随着的增大而增加,当2时,塔柱壁厚增加,承载力增加幅度减小.