轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能影响研究

为研究不同轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能的影响,该文对已有的冲击试验进行了验证。在验证模型基础上建立了不同轴压比的钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力有限元模型,计算得到连续变化轴压比下钢管混凝土的抗冲击性能参数。结果表明:轴压比对钢管混凝土的侧向抗冲击性能有显著影响。在轴压比小于0.7时,轴力对钢管混凝土构件侧向抗冲击能力有提高作用,当轴压比大于0.7时,轴力对钢管混凝土侧向抗冲击能力有削弱作用。     

外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土柱抗撞计算方法研究

目前钢筋混凝土和实心钢管混凝土构件已广泛应用于实际工程,在抗冲击性能方面已形成相关设计方法,而针对外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土(CFDST)柱的耐撞性能研究较少。为此,该文在前期试验研究的基础上,采用ABAQUS建立了该类构件在轴力与侧向撞击耦合作用下的有限元模型。分析了轴力-撞击共同作用下该类构件的抗撞机理;重点研究了轴压比、名义含钢率等对构件抗撞性能的影响;给出了该类构件在轴力-撞击耦合作用下撞击力平台值动力放大系数(DIF)的计算公式。结果表明:外钢管的塑性变形是构件耐撞的主要耗能机制;轴压比对构件抗撞性能起削弱作用,且当轴压比大于0.5时,削弱程度更加明显;名义含钢率、外钢管与混凝土强度、撞击速度和截面外径对构件抗撞性能影响较大;建议的计算公式能够较好预测该类构件侧向撞击下的撞击力平台值。     

高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行了高温作用后钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,通过试验研究试件所经历的最高温度、升降温全过程中轴压力水平、冲击速度、冲击能量和含钢率等参数对高温后钢管混凝土抗冲击性能的影响。试验量测了钢管混凝土应变、冲击力和压缩变形时程曲线,试验结果表明,试件所经历的最高温度、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温作用后钢管混凝土的动态力学性能有显著的影响,而升降温全过程中轴压力水平的影响较小。试件的轴向和径向残余变形随着试件所经历的最高温度、冲击能量、轴压比的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,说明钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力。     

火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验机自行设计的高温试验炉,进行了火灾作用下钢管混凝土梁抗冲击性能试验研究。考察了受火时间、冲击能量对常温和火灾下钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。试验测试了火灾下构件核心混凝土和钢管表面的温度、冲击力和挠度变形时程曲线以及残余挠度变形等数据。试验结果表明,火灾下钢管混凝土梁仍具有良好的抗冲击性能,构件的弯曲程度和塑性区长度随受火时间的延长而增大,随着冲击能量增大而减小;最大冲击力随受火时间的延长而减小,随冲击能量的增大而增大。研究结果可为钢管混凝土梁抗火灾倒塌性能评估和设计提供参考。     

侧向冲击下中空箱形钢管混凝土叠合柱动力响应的实验与有限元分析

中空箱形钢管混凝土叠合柱由钢筋混凝土和钢管混凝土组成,为研究其抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机开展箱形叠合柱抗冲击实验,重点研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移的影响。此外在实验基础上通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了有限元模型,分析了各组件内能分配。实验结果表明:随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,内埋钢管混凝土作用逐渐明显;随边界条件的改变,两端固定时的抗变形能力较两端简支时增强;而轴压比对其动力响应影响不显著;冲击能量较大时,钢管混凝土吸收的能量达到了1/3,抗冲击性明显。     

高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和特制高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,通过测试高温下钢管混凝土的动态强度和应力-应变曲线,揭示温度和冲击速度(应变率)对高温下钢管混凝土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,高温下钢管混凝土仍具有良好的抗冲击性能、延性和耗能能力。在该文试验参数范围内,温度作用相比冲击速度的影响更加显著。高温下钢管混凝土动态强度受试件尺寸影响显著,后续研究工作应关注钢管混凝土动态冲击荷载作用下的尺寸效应研究。     

局部穿透腐蚀高强钢管混凝土柱抗冲击性能研究EI北大核心CSCD

钢管混凝土(concrete-filled square steel, CFST)出现局部腐蚀时,其抗冲击性能会受到明显影响。为此,利用ABAQUS软件建立了方形高强钢管混凝土柱(high-strength concrete-filled square steel, HSCFST)数值模型,考虑开缝角度、开缝长度、冲击面和冲击能等参数对HSCFST柱抗冲击性能的影响。结果表明:局部穿透腐蚀影响下,水平开缝的正面冲击构件的裂缝会出现闭合现象,而侧面冲击构件破坏时裂缝呈现“三角形”形态;冲击力平台值主要受冲击面的影响,其次是开缝角度,而开缝长度主要对承受背面冲击的构件影响较大;开缝角度的增大和开缝长度的减小与冲击力平台值的提高成正比,承受正面冲击的构件其抗冲击性能优于承受侧面和背面冲击的构件。减小开缝角度会增大构件的跨中挠度,受正面冲击的构件的跨中挠度要小于受背面和侧面冲击的构件;构件的能量吸收率与开缝长度的增加成正比,与开缝角度的增大成反比,受背面冲击的构件的能量吸收率最高,正面冲击则最小。基于大量参数分析结果,提出了局部穿透腐蚀作用下HSCFST柱的动力抗弯承载力影响系数的实用计算方法。     

外包钢管加固RC柱抗冲击试验研究

为改善结构柱抗冲击性能,设计了RC柱和外包钢管加固RC柱在不同轴压比下的抗冲击试验,比较了两种类型柱抗冲击性能差异。试验通过DHR-9401落锤式冲击实验机进行,运用力传感器、高速摄影机和应变片完整记录了冲击力时程曲线、轴力时程曲线、跨中挠度时程曲线和试件特定位置的应变时程曲线。同时运用三种通用动力非线性有限元软件MSC.Marc、ABAQUS和ANSYS/LS-DYNA对冲击试验进行了数值模拟。研究结果表明外包钢管加固RC柱抗冲击性能要明显强于RC柱,证明外包钢管加固RC柱是一种可行的抗冲击加固措施。ABAQUS建立的有限元模型和试验结果吻合最好,MSC.Marc次之,ANSYS/LS-DYNA稍差。但ANSYS/LS-DYNA可较好的模拟RC柱冲击破坏全过程,其他两种软件则较难实现。研究结果可为大型铁路站房抗脱轨列车撞击提供加固措施,并为选取适合的有限元软件进行抗冲击分析提供参考。     

高温后中空夹层钢管混凝土柱压弯机理分析

为了研究高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱力学性能,该文设计24根压弯构件,选取合适的本构参数,利用ABAQUS有限元软件进行分析,并与相应的试验参数作对比,有限元结果与相应的试验结果对比吻合良好。该文中设置轴压比、温度、空心率等参数并研究其对跨中P-Δ曲线的影响。该文对高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱工作机理和破坏模态进行分析,结果表明:随着温度的升高、轴压比的变大,构件横向承载能力变小。随着温度的升高,轴压比的变小,构件的位移延性变好。不超过500℃时,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变小,超过500℃,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变大,但空心率对构件抗弯能力的影响不大。     

玻璃纤维增强聚合物复合材料约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分析,研究钢材屈服强度和混凝土强度对新型壁式钢管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:壁式钢管混凝土柱最终因柱中混凝土压碎、钢管屈曲、试件变形过大而失效;钢材在试件第二线性段起点处开始屈服,钢材强度得到充分发挥,GFRP能有效提高构件峰值承载力,但延性有所下降;理论公式计算结果与试验值吻合较好;混凝土强度及钢材屈服强度均能有效提高承载能力,且钢材屈服强度对承载力的影响明显大于混凝土强度的影响。      

高温后方钢管再生混凝土短柱轴压受力性能分析

为研究高温后钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能,利用ABAQUS有限元软件对轴压受力性能进行了理论分析和试验验证,对比分析了曾经历的不同温度和不同取代率对荷载-应变全过程曲线的影响,揭示了高温后轴压承载力折减系数的主要影响因素。研究结果表明:随着曾经历温度的升高和取代率的增加,钢管再生混凝土短柱的承载力整体上呈下降趋势,温度在500℃以上对承载力影响较大,而取代率对承载力的影响较小,且随曾经历温度的升高,影响幅度越小;含钢率、钢材屈服强度、核心混凝土抗压强度对高温后的轴压强度系数有显著影响,而取代率没有影响。     

方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究

建立了方形钢管混凝土叠合柱的非线性有限元模型,对其在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了反复荷载作用下混凝土的损伤、构件的几何非线性以及钢筋和内钢管与混凝土之间的粘结滑移。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。采用有限元模型对方形钢管混凝土叠合柱在轴压力和侧向力共同作用下的工作机理进行了细致分析。     

CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。     

带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能及计算方法研究EI北大核心CSCD

为研究球冠形脱空对椭圆钢管混凝土短柱轴压性能的影响,该文通过带球冠形脱空椭圆钢管混凝土试件的破坏形态、轴压承载力、初始刚度和延性等性能在球冠形脱空影响下的变化规律,揭示了带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土轴压短柱的截面应变分布和核心混凝土强度特征,最终基于脱空特征对椭圆核心混凝土约束状态的影响机理,提出截面约束分区模型,推导并验证了考虑球冠形脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式。研究发现:核心混凝土破碎和斜向剪切、钢管局部鼓曲与凹陷以及试件的整体弯曲破坏是带球冠形脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱的主要破坏形态;脱空缺陷的存在将削弱椭圆钢管与核心混凝土的相互作用,进而降低其轴压承载力、初始刚度和延性。     

模拟酸雨腐蚀钢管混凝土构件静力性能研究

该文讨论了模拟酸雨腐蚀环境下钢管混凝土构件静力性能的退化规律,具体包括模拟酸雨腐蚀后:钢材材料力学性能;钢管混凝土构件轴压力学性能;钢管混凝土构件纯弯力学性能;钢管混凝土构件偏压力学性能。分析了腐蚀率对钢材屈服强度、弹性模量、极限抗拉强度和极限延伸率的影响,采用钢管壁厚折减以及壁厚折减耦合材性折减的模拟腐蚀损伤方法,结合有限元ABAQUS软件、规范公式,分别计算了构件荷载-变形关系曲线、极限承载力,并和试验结果进行了比较,发现钢管壁厚折减方法优于壁厚折减耦合材性折减方法,地方标准严于国家标准。     

FRP钢管混凝土构件抗冲击性能仿真分析

FRP-钢管混凝土结构是一种新型复合结构形式,该结构由在外壁为FRP（CFRP/GFRP,碳/玻璃纤维增强树脂）材料、内壁为钢材的复合圆管内浇筑混凝土而形成。本文应用有限元方法分析FRP钢管混凝土构件的抗冲击性能,通过变化FRP种类、包裹层数、包裹形式以及钢管的厚度考查不同冲击力下的结构响应,得出冲击力和变形的时程曲线。研究发现利用FRP加固的方法有效地提高了钢管混凝土构件的抗冲击刚度,其增强效果与FRP种类以及FRP的包裹方式和厚度相关,其中以纵向包裹CFRP的试件挠度为最小。为验证数值模拟方法和策略的正确性,对已有钢管混凝土的冲击实验案例进行仿真模拟,模拟结果与实验结果对比良好。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构研究进展

该文进行了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构的轴压短柱、轴压中长柱、轴压长柱、纯弯构件、单向偏压短柱、单向偏压中长柱、双向偏压短柱、双向偏压中长柱的试验研究和有限元模拟,分析了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构各类基本构件的受力全过程以及破坏模式,并提出了用于计算该结构各类基本构件的承载力以及变形的计算公式。在试验研究和数值模拟的基础上,将此种新型组合结构构件的力学性能与方钢管混凝土构件的力学性能进行了比较分析。     

钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型--Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明:当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。     

侧向撞击荷载下FRP管-混凝土-钢管组合梁抗撞性能的理论分析模型

基于ABAQUS有限元软件为平台建立了FRP管-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击荷载下的有限元计算模型,该模型计算结果与现有试验结果对比后吻合良好,能够较好地模拟FRP管-混凝土-钢管组合结构在侧向撞击作用下的性能。同时利用该模型进行了有限元参数分析,通过改变冲击能量和空心率来分析它们各自对该组合结构撞击性能的影响。得出的结论是冲击能量对该组合结构跨中极限挠度影响显著,但冲击力平台值却几乎不变;空心率对该组合结构抗撞击性能影响较大,尤其是当空心率在0.6~0.8范围内时组合结构展现出良好的抗撞击性能,且当空心率χ=0.7时,FRP管-混凝土-钢管组合结构表现出的抗冲击力学性能最好。这些研究对进一步开展FRP管-混凝土-钢管组合结构的抗撞击性能研究提供了一定的参考依据。