外套方钢管自密实混凝土加固RC方柱 轴压性能受力分析

在5根外套方钢管自密实混凝土加固RC方形截面短柱和2根未加固RC方形截面短柱轴压试验的基础上,采用大型有限元软件ABAQUS建立有限元计算模型,将计算得到的极限荷载和荷载-纵向位移曲线与试验结果进行对比,二者吻合良好。在此基础上,进行组合结构加固柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:钢管在组合结构加固柱达到极限荷载前就已屈服;原柱、钢管和新增混凝土持荷分配的变化规律与所处的加载阶段有关。提高新增混凝土强度,极限荷载下新增混凝土的持荷比例增大,原柱和钢管的持荷比例减小;增大钢管壁厚或提高钢管屈服强度,极限荷载下钢管的持荷比例增大,原柱和新增混凝土的持荷比例减小。     

碳纤维布补强压力管道试验研究及有限元分析

在粘贴不同厚度的碳纤维布(CFRP)的工况下来测定管道的环向应变与内水压力之间的变化规律,以此试验数据与ANSYS数值模拟值进行比较,可知模拟值和试验结果吻合得较好。通过建立有限元模型分析纤维复合材料的弹性模量、管道壁厚、管道直径对管道屈服时承压能力的影响,结果表明:高模量碳纤维加固的管道达到屈服强度时管内可施加的压力最大;管道外径的增大对粘贴了碳纤维布的管道屈服时内水压力值提高比例并无影响,而随着管道壁厚的增加,提高比例却依次降低。为碳纤维布修复补强大型输送管道的设计与施工提供试验基础依据。     

高压输气管道在落石冲击作用下热点应力确定的数值方法研究

崩塌落石是高压埋地输气管道破坏的重要原因之一,对管道在落石冲击作用下的强度校核和安全评定意义重大。文章研究高压输气管道在崩塌落石冲击作用下的动态响应,建立了落石—土—管道相互作用的物理和有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件进行数值模拟。采用控制变量法分别考虑落石冲击速度与水平地面夹角α、落地点与管道中心距离d、管道外径D、壁厚t、管道内压P、管道埋深h、落石密度ρ、落石半径r和落石冲击速度v这几个因素对高压输气管道动态响应过程中出现的最大有效Von-Mises应力（热点应力）的影响。提出的计算方法和结果对长距离埋地输气管道设计、施工、防护和风险评估具有一定的参考价值。     

外包钢板混凝土T形短肢剪力墙抗剪承载力分析

为了研究外包钢板混凝土T形短肢剪力墙在水平往复荷载作用下的抗剪承载能力,设计了11个T形短肢剪力墙试件,应用ABAQUS有限元分析软件建立了分析模型,对试件施加竖向荷载和水平往复荷载,有限元分析时考虑了材料的非线性。分析了不同肢厚比、不同钢板厚度和不同轴压比等参数对试件抗剪承载力的影响,结果表明:提高钢板的厚度可有效的提高试件的承载能力和耗能能力;控制肢厚比在6左右可有效提高试件的极限荷载,继续增大之后影响不大;控制轴压比在0.3左右时可以有效提高试件极限荷载和延性,轴压比继续增大之后,试件的极限荷载和延性都在下降。根据以上对试件的分析结果,基于叠加法,提出了外包钢板混凝土T形短肢剪力墙试件的抗剪承载力计算公式,计算结果与模拟结果数据吻合较好,可为设计应用提供依据。     

综合管廊水气共舱情况下燃气爆炸对同舱管道影响的研究

综合管廊“水气共舱”情况下,若燃气管道泄漏引发爆炸,可能导致同舱给水管道失效破坏。为研究燃气爆炸对同舱管道的影响,采用由非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA定义甲烷-空气混合气体的方法,通过数值模拟研究燃气爆炸作用下同舱管道应变、应力、振动速度及位移变化情况,依据椭圆化失效判定标准,对管道壁厚、内压、弹性模量和屈服强度等4类影响因素进行定量分析。结果表明：燃气爆炸作用下,同舱管道椭圆度与管道壁厚、内压、弹性模量和屈服强度整体均呈现负相关,屈服强度对同舱管道椭圆度影响最小,均低于临界无量纲椭圆度3%;当影响因素变化率由2.5%增加至15%时,管道壁厚与弹性模量对同舱管道椭圆度影响程度较高,管道内压与屈服强度对同舱管道椭圆度影响程度较低。研究结论可为综合管廊“水气共舱”规划设计和相关规范完善提供参考。     

中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

选用考虑再生粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数和热-力本构关系,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱有限元模型。基于此模型,对比了不同再生粗骨料取代率下截面温度场分布,并分析了取代率、荷载比、空心率、钢材强度、内钢管厚度和混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响。研究结果表明:随着取代率增大,构件截面温度普遍下降,耐火极限先减小后增大;随着空心率増大,耐火极限増加;提高外钢管屈服强度,构件耐火极限下降显著;内钢管屈服强度、内钢管厚度和混凝土强度对构件的耐火极限没有明显影响。     

滚石作用下钢质管道动力响应分析及其应用

落石是导致埋地输气管道破坏的主要载荷形式之一,工程中需要解决落石对管道的动态响应问题,落石对埋地输气管道动力响应问题的本质是落石-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的动力响应。利用LS-DYNA有限元软件,从管道内压、落石水平距离、管道厚度等方面对落石冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了管道应力等变化规律。其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。     

受压焊接空心球节点高温试验研究

为研究受压焊接空心球节点火灾下的性能,利用高温试验炉,对不同空心球外径和壁厚、钢管外径和壁厚、钢材屈服强度和荷载比的6种受压焊接空心球节点试件进行了高温作用下的试验研究,得到了其在高温下的温度分布、位移特征和破坏形式,并研究了对其极限耐火时间的影响因素;根据欧洲规范,对受压焊接空心球节点高温作用下的性能进行了非线性有限元数值模拟,分析了节点的温度场分布规律和影响因素。通过分析高温作用下节点的位移变化特征,确定了其破坏模式;试验结果和有限元分析结果进行了对比,二者吻合较好。研究结果表明：增大焊接钢管壁厚和降低焊接空心球节点实际承受的荷载可以有效地延长受压焊接空心球节点的极限耐火时间;钢管根部是高温作用下受压焊接空心球节点的薄弱部位。图13表2参9     

薄壁方钢管砂卵石组合柱轴压极限承载力试验研究

保持砂卵石压实系数在建议大于87.7%的范围[1],以方钢管壁厚和长细比为主要变化参数,对10根薄壁方钢管砂卵石柱的轴压静力性能进行试验研究,并通过试验对比分析试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线等数据。试验结果表明:1壁厚为2mm试件的承载力较低,钢材未达到屈服强度,管壁就已经发生局部屈曲,钢材性能未得到充分发挥;壁厚为4mm的试件的承载力达到500kN~600kN,钢材达到屈服强度,建议钢管壁厚至少为3mm;2试件的极限承载力随长细比增大而降低;3相对于空心方钢管柱,试件的极限承载力有所增加;壁厚从2mm增到4mm,砂卵石与钢管壁的相互作用更加显著。     

内填料石钢管混凝土短柱轴压性能研究及承载力计算

为合理重复利用废弃石材,将抗压强度高、脆性强的石材置于钢管混凝土柱(CFST)中部,利用钢管的约束充分发挥石材的抗压强度并延缓其压溃,形成内填料石钢管混凝土(SCFST)柱。为研究SCFST短柱的轴压受力机理,采用通用有限元软件ABAQUS建立SCFST短柱精细化3D有限元模型,并利用已经完成的18根SCFST短柱和6根传统钢管混凝短柱试件的破坏形态和荷载-变形关系试验结果对模型的可靠性进行验证。通过验证后的有限元模型,分析SCFST短柱各部件之间的相互作用及荷载分配规律。在此基础上,进一步开展系统的参数分析,研究内填料石尺寸、钢管壁厚、钢管屈服强度和混凝土强度等参数对SCFST柱轴压性能的影响规律。研究结果表明,不同部件间的相互作用随钢管壁增厚和混凝土强度提高而增大,受内填石料尺寸的影响较小。提出了适用于SCFST短柱的轴压承载力计算式,在研究参数范围内计算式具有较好的计算精度。     

内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱非线性分析

为研究内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱的轴压力学性能,以长细比为设计参数对该柱进行轴心受压试验,并在合理选取材料本构关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱进行非线性分析,获取其变形特征、应力云图及轴向荷载-应变曲线,验证计算结果的合理性;在此基础上,分析方钢管强度、钢骨强度、再生混凝土强度、方钢管宽厚比及钢骨配钢率等参数对该短柱轴压性能的影响。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着长细比的增大,轴压柱的极限荷载和延性逐渐降低;短柱极限荷载随着方钢管强度、再生混凝土强度以及钢骨配钢率等参数的提高而逐渐增大,其中再生混凝土强度的提高对该短柱的变形能力是不利的;随着钢骨强度的增大,短柱极限荷载增大,但增幅不大;减少方钢管宽厚比对短柱的轴压性能是有利的,极限荷载增幅可达到18.5%。总体上,内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱具有承载力高和良好的变形能力。     

锈蚀方钢管混凝土短柱轴压承载力研究

采用ABAQUS有限元软件,建立模拟酸雨溶液腐蚀后方钢管混凝土轴压短柱有限元模型。为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀方钢管混凝土短柱进行轴压全过程分析,比较不同锈蚀率下方钢管混凝土柱荷载-轴向位移关系、外钢管承担的荷载-轴向位移关系、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系的变化规律。并对锈蚀方钢管混凝土轴压短柱进行参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对方钢管混凝土柱极限承载力的影响,最后给出酸雨腐蚀后方钢管混凝土柱极限承载力建议计算式。     

火灾下钢筋混凝土墙计算模型及影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS对火灾下钢筋混凝土墙的变形全过程进行了计算,计算结果与以往实验结果吻合较好.在此基础上,系统分析了轴压比、侧向荷载比、高厚比、墙厚度、混凝土抗压强度、钢筋屈服强度、配筋率和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土墙变形和耐火极限的影响规律.研究结果表明,受火过程中,钢筋混凝土墙在无侧向荷载且轴压比或墙厚度...     

预制装配式混凝土电缆沟力学性能数值模拟分析

为研究预制装配化电缆沟在车辆荷载作用下的受力情况,针对一种预制装配式电缆沟构造形式,采用精细化有限元数值仿真对其进行了模拟分析,探究了该电缆沟在不同汽车轮压荷载、不同覆土厚度条件下的结构应力分布和位移变化规律。结果表明:在设计荷载作用下,预制装配式电缆沟的受力和变形能够满足要求,车辆轮压的作用位置和覆土厚度对结构顶板底面的竖向位移、拉应力影响显著;管壁是结构主压应力的控制构件,顶板是拉应力的控制构件;在仅受覆土荷载作用时,覆土厚度为2 m时,电缆沟顶板竖向位移、下缘拉应力值分别是覆土厚度为0.5 m时对应值的4.2倍和4.0倍;在轮压作用下,顶板混凝土底部拉应力随覆土厚度的增大呈现出先减小后增大的变化规律。     

基于统一强度理论的钢管自应力混凝土柱极限承载力研究

为预测钢管自应力混凝土柱的极限承载力,基于双剪统一强度理论,对钢管自应力混凝土轴压柱进行受力分析,引入长细比折减系数,考虑混凝土自应力从而得到了约束系数k的计算新公式,构建了一种新的钢管自应力混凝土柱极限承载力理论计算方法。将该计算方法分析的结果与已有试验数据进行对比,两者吻合良好。进一步分析了混凝土强度、钢材屈服强度、自应力值、钢管壁厚和钢管外径对钢管自应力混凝土柱轴压极限承载力的影响,各因素的影响顺序为：钢管外径>钢管壁厚>混凝土强度>钢材屈服强度>自应力值。     

双钢板内填混凝土T形短肢剪力墙框架结构 抗震性能研究

为了研究双钢板内填混凝土T形短肢剪力墙框架结构在水平往复荷载作用下的抗震性能,设计了19个短肢剪力墙框架试件,应用ABAQUS有限元分析软件建立了分析模型,对试件施加竖向荷载和水平往复荷载。分析了钢板厚度、墙肢肢厚比和墙肢连梁刚度比等参数对试件抗震性能的影响。结果表明:提高钢板的厚度可有效提高试件的抗震性能和延性;控制肢厚比为6～7时可有效提高试件的承载能力和抗震性能,继续增大之后影响不大;控制结构墙肢连梁刚度比为10～15时可以有效提高试件极限荷载和延性,继续增大刚度比之后,试件的极限荷载和延性均下降。     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架拟静力试验及有限元分析

通过1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在水平反复荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线及最终破坏形态,分析其结构延性、层间位移角及耗能性能。结果表明,空腹式SRC异形柱中框架滞回曲线饱满,弹塑性层间变形能力强,延性及耗能能力良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件对该结构进行了非线性有限元分析,研究空腹式SRC异形柱框架的承载力、刚度退化以及出铰机制。有限元分析得出的结果与试验实测结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、型钢屈服强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比等参数对其力学性能的影响。结果表明：增大混凝土强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比,能够提高结构的水平承载力和弹性刚度,但对结构延性的影响不大;随着轴压比和型钢屈服强度的增大,结构弹性刚度均变化不大,但增大轴压比,结构水平承载力和延性均降低,增大型钢屈服强度,能够同时提高结构水平承载力和延性。     

大直径直埋热力管道局部稳定性因素影响分析

大直径直埋热力管道由于挖沟不平等因素影响,在上覆荷载作用下存在管道定位偏差。高温运行过程中管道局部稳定性是重要的考量因素。应用有限元软件ABAQUS,建立三维管土相互作用的有限元模型,模拟分析存在定位偏差的管道在高温运行中发生的局部失稳变形过程。对不同地面荷载、管道壁厚等影响因素进行参数化分析,得出了不同因素影响下管道局部屈曲临界温差和屈曲变形规律。结论表明管道局部屈曲临界温差随地面荷载增大而减小,当管径一定时,随管道壁厚的增大而增大。     

钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件抗剪承载力研究

为了探究钢-混凝土组合梁栓钉剪力连接件构造参数对其抗剪承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,获得了荷载-滑移曲线,并与经验公式计算比较,二者吻合较好;通过改变结构的混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度和栓钉长度等构造参数,分析了栓钉抗剪承载力的变化规律。结果表明:栓钉剪力连接件的抗剪承载力随着混凝土强度等级、栓钉直径、栓钉屈服强度的增大而提高。     

基于可能性理论的埋地管道腐蚀失效预测

埋地管道在外部荷载和腐蚀联合作用下,随着服役时间的增长而失效风险增大。通过建立管道受力模型,并对参数进行模糊化处理,给出了运用模糊运算算法对管道失效不确定性进行系统分析的方法,同时运用可能性理论对管道失效风险进行可能性和必要性双参数测量。结果表明:影响管道安全性的主要因素有管道内压、壁厚、管壁腐蚀、残余应力等。管道失效风险随内压、残余应力均值和变异性的增加而增大,尤其是管道的失效可能性迅速增大。腐蚀导致管道壁厚减薄,从而导致管道承载力下降。土体环境对管道的腐蚀在经过使用初期的积累后成为管道失效的主要因素,因此腐蚀保护是延长管道寿命非常有利的措施。