矩形钢管混凝土柱在扭矩作用下的截面剪应变场研究

对矩形截面钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载作用下的滞回性能进行了试验研究,得到了矩形截面钢管混凝土柱的扭矩-扭转角滞回曲线。基于材料力学基本原理建立了纤维梁截面扭率和纤维剪应变间的关系,进而对矩形截面钢管混凝土柱在扭矩作用下的截面剪应变场分布规律进行了分析,并建立了三维精细有限元模型进行精度验证,最后给出了钢管混凝土柱截面扭率和截面纤维剪应变间关系的矩阵表达,引入了考虑扭转效应的纤维梁模型,使该模型能够用于分析矩形截面钢管混凝土柱在扭矩作用下的非线性反应。与试验结果的对比表明,考虑扭转效应的纤维梁模型在分析矩形截面往复扭矩荷载作用下的受力行为时具有较高的求解精度和求解效率,可为分析不同类型结构体系在地震复杂受力状态下的动力反应提供依据。     

考虑剪切和扭转变形的有限质点法纤维梁单元研究

为提高有限质点法分析结构弹塑性问题的精度,该文将纤维梁模型融入有限质点法的计算求解框架中,推导了考虑剪切变形和扭转变形的有限质点法纤维梁单元的质点内力求解公式。该单元采用Timoshenko梁理论描述梁截面变形状态,以单元纯变形分量表示截面上任一点的位移,并结合纤维材料的三维本构关系以考虑弯曲、剪切和扭转变形之间的耦合作用。数值算例的分析结果表明,该纤维梁单元能够有效地模拟结构弹塑性行为,相较于塑性铰法具有更高的精度。     

考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型应用研究

在已有研究的基础上,采用考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型,建立了曲线组合梁桥的杆系有限元分析模型,并同时建立了“壳-实体”精细有限元模型,多尺度有限元模型和传统纤维梁模型进行对比。对不同输入方向的四条地震波作用下的有限元模型的计算结果进行了全面的对比,包括自振特性、墩顶位移、墩柱扭转角,墩柱内力等。结果表明:采用考虑扭转效应的纤维梁模型分析曲线组合梁桥在地震作用下的受力反应,能够获得较高的精度以及较快的建模速度和求解效率,可对曲线钢-混凝土组合梁桥在纵向地震作用下的扭转效应做出准确的评估。     

带约束拉杆十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

介绍了11 个带约束拉杆和5 个不带约束拉杆的十形截面钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下试件的破坏与承载力特点。分析了带约束拉杆十形截面钢管混凝土的约束特点。在合理假定的基础上,将十形钢管混凝土截面划分成1 个无拉杆的方形和4 个有拉杆的矩形钢管混凝土区域,借鉴约束混凝土本构模型,建立了力学概念清晰的各区域核心混凝土等效单轴本构关系。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载-应变全过程分析,计算曲线和试验曲线吻合良好。     

罕遇地震下曲线钢-混凝土组合梁桥的墩柱扭转效应

为了研究曲线钢-混凝土组合梁桥在罕遇地震下的墩柱扭转效应,基于考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型,建立了曲线组合梁桥的杆系有限元分析模型。对不同输入方向的三条地震波作用下是否考虑墩柱扭转效应的纤维梁模型的计算结果进行了对比,包括墩顶位移、墩柱扭转角和墩柱内力等。在此基础上,对曲线组合梁桥在罕遇地震作用下的扭转效应的关键影响参数进行了分析。结果表明:采用考虑扭转效应的纤维梁模型分析曲线组合梁桥在地震作用下的受力反应,可有效的反映罕遇地震下曲线钢-混凝土组合梁桥的墩柱扭转效应。另外,曲率半径和墩高是影响曲线组合梁桥在纵向地震作用下墩柱扭转效应的主要因素。     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合结构纤维梁模型的开发及应用

在大量已有研究成果的基础上,基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序UMAT开发了一组适用于组合结构构件的单轴材料滞回本构模型,并编制了可用于组合截面纤维自动离散的前处理程序,由此集成了钢-混凝土组合结构纤维梁模型,可用于完全剪力连接的组合框架体系在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内外大量试验的对比结果表明,该文开发的钢-混凝土组合结构纤维梁模型具有较高的精度和较为广泛的适用性。纤维梁模型虽然不能考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应,但与试验结果的对比表明是否考虑滑移效应对结构体系整体计算结果的影响不大,但建模工作量大大减少,计算效率显著提高,在分析组合框架体系在地震往复荷载作用下的受力性能时具有较大的优势。     

圆钢管混凝土在自由扭转作用下扭矩-应变理论模型

为研究圆钢管混凝土在自由扭转下的扭矩-应变关系,将圆钢管混凝土在自由扭转下的全过程分为混凝土开裂前、钢管屈服前和钢管屈服后三个阶段.通过对不同阶段的钢管和混凝土受力状态和相互作用分析,以统一强度理论为基础推导出钢材和混凝土的抗剪强度,结合切应变与正应变的关系,钢材采用理想弹塑性本构关系,混凝土采用考虑软化效应的本构关系...     

带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系

分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。     

基于C语言的RC梁截面M-φ曲线研究

根据混凝土梁截面弯曲变形平截面假定和钢筋与混凝土各自的材料本构关系推导了梁单元在弯矩轴力下截面内力的计算公式,并通过他们提出了数值计算的方法和步骤,利用C语言实现了编程计算,通过程序进行RC梁单元从开始加载到破坏的全过程非线性分析,得出了截面M-φ曲线,得出了合理的计算结果,特别是曲线下降段的结果,最后研究了不同本构关系对RC梁截面M-φ曲线下降段的影响。     

圆高强钢管UHPC梁抗弯性能研究

以含钢率和套箍系数为参数,开展5根圆高强钢管超高性能混凝土(UHPC)梁和2根圆普通钢管UHPC对比梁的纯弯试验;而后,采用已验证的有限元模型,对套箍系数进行了参数分析.试验研究表明,高强钢管UHPC梁发生延性破坏,组合截面满足平截面假定,受压区高强钢管对核心UHPC的套箍作用应被考虑.较普通强度的钢管,高强钢管能更及...     

圆钢管混凝土柱的受扭性能研究

对四个圆形截面钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载作用下的滞回性能进行了试验研究, 将试验所测得的扭矩-扭转角滞回曲线与采用分层筒模型计算的理论结果进行了对比, 结果表明分层筒模型在分析圆钢管混凝土柱在纯扭和压扭往复荷载作用下的受力性能时具有较高的精度。基于分层筒模型, 对钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载作用下的轴力和扭矩分配, 应变变化规律和主要影响参数进行了较为详细的分析和讨论。最后采用回归方法, 基于大量理论计算结果提出了钢管混凝土柱的抗扭承载力和轴力-抗扭承载力相关关系简化计算公式, 可适用于实际工程设计。     

Numerical modeling on concrete structures and steel–concrete composite frame structures

A steel–concrete composite fiber beam-column model is developed in this study. The composite fiber beam-column model consists of a preprocessor program that is used to divide a composite section into fibers and a group of uniaxial hysteretic material constitutive models coded in the user defined subprogram UMAT in ABAQUS. The steel–concrete composite fiber beam-column model is suitable for global elasto-plastic analysis on composite frames with rigid connections subjected to the combined action of gravity and cyclic lateral loads. The model is verified by a large number of experiments and the results show that the developed composite fiber model possesses better accuracy and broader applicability compared with a traditional finite element model. Although the fiber beam-column model neglects the slip between the steel beam and concrete slab, there are essentially no effects on the global calculation results of steel–concrete composite frames. The proposed model has a simple modeling procedure, high calculation efficiency and great advantage when it is used to analyze composite frames subjected to cyclic loading due to earthquake.     

钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的受力分析

为了研究钢纤维对钢管高强混凝土短柱轴压力学性能的影响,对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验。根据试验中测得的钢管横向应变和纵向应变结果,采用内力分解法分析了钢管与钢纤维高强混凝土的应力变化以及两者之间的相互关系。结果表明：钢纤维对钢管高强混凝土短柱的横向变形影响较大,掺入钢纤维能有效...     

混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究

以钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）结构中的钢筋滑移效应为研究对象,通过黏结应力分布简化模型,得到了钢筋应力-滑移关系,基于已有拉拔试验数据验证了该钢筋滑移关系的可靠性。结合塑性铰长度模型建立了可考虑滑移效应的钢筋应力-应变理论关系,分析了混凝土强度、钢筋直径和塑性铰长度等参数对该关系的影响,提出了考虑滑移效应的双线性钢筋本构模型。基于OpenSEES有限元平台,将该模型用于纤维截面的宏观单元模型中模拟RC柱的侧向荷载-位移反应,通过与已有试验结果、不考虑钢筋滑移效应的纤维模型计算结果及考虑钢筋滑移效应的零长度纤维模型计算结果进行对比分析,验证了本文模型的精度和可靠性,并对其适用范围进行了讨论。结果表明,基于本文钢筋本构的纤维模型可以更为准确地计算RC柱的荷载-位移曲线,且能够考虑由钢筋滑移变形引起的柱顶附加水平位移。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆柱轴压受力分析

提出了外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的新型复合加固方法。对9根复合加固钢筋混凝土圆短柱进行了轴心受压试验,根据试验中测得的钢管和钢筋应变结果,采用内力分解法分析了外套钢管、核心混凝土和钢筋的应力变化和三者之间的相互作用。分析结果表明:加载方式对外套钢管的横向变形影响较大,约束型加载方式外套钢管屈服时的横向应力大于钢管和核心混凝土共同承压加载方式;核心混凝土的抗压强度提高系数和不同材料承担轴力的比例与加载方式、外套钢管厚度、后浇自密实混凝土强度和界面处理方式有关。     

圆CFRP-钢管混凝土(C-CFRP-CFST)压弯构件的静力性能

以试验研究为基础,采用有限元法建立模型模拟了圆CFRP-钢管混凝土(C-CFRP-CFST)压弯构件的变形模态和轴力-中截面挠度曲线,计算结果与试验结果吻合良好。分析了受力全过程中混凝土、钢材和CFRP的应力、应变以及外管对混凝土作用力的发展过程。最后给出了试件承载力的计算表达式,应用该式的计算结果与试验结果吻合良好。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架力学性能非线性分析

基于两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验结果,分别采用三维实体单元和纤维梁柱单元建立了试验框架数值模型,并开展力学性能和滞回全过程分析。考察了试验框架的破坏形态和内置钢骨架、钢筋骨架及预应力筋的应力状态。对组合框架开展滞回性能参数分析,考察了柱长细比、轴压比、梁柱内型钢截面抵抗矩和配筋率、柱内钢管的含钢率、钢管约束系数和径厚比、混凝土强度和预应力度的影响,并在大量参数分析的基础上建立了单层单跨组合框架的恢复力模型。结果表明:基于三维实体单元的数值模型可较为直观的反应试件的破坏形态;计算所得组合框架滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力,当轴压比超过0.6以后,组合框架的位移延性才有所变小,变形能力变差;建立的滞回模型可对组合框架在水平荷载下的滞回性能进行可靠的预测。