内置T肋箱形钢桥墩的延性性能研究

为研究内置T肋箱形钢桥墩在承受恒定竖向荷载和水平往复荷载作用下的延性性能,首先通过与既有试验结果对比,验证所采用有限元分析方法的准确性;然后针对内置T肋箱形钢桥墩试件进行一系列参数化分析,研究翼缘正则化宽厚比、桥墩正则化长细比、加劲肋正则化长细比以及轴压比等参数对钢桥墩最大承载力和延性性能的影响规律;最后基于参数化分析结果,提出了预测该类钢桥墩最大承载力和延性性能的计算公式。研究结果表明,随着翼缘正则化宽厚比、桥墩正则化长细比、加劲肋正则化长细比与轴压比的减小,钢桥墩的延性性能得到显著提升。     

高强钢焊接薄腹矩形管截面压弯构件平面内的极限承载力

本文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强钢(名义屈服强度为460 MPa)腹板高厚比超限的焊接矩形管截面偏压构件的极限承载力,以及构件长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对偏心率对极限承载力的影响,提出腹板高厚比超限高强钢压弯构件平面内极限承载力计算公式.研究表明:考虑初弯曲和残余应力影响的双重非线性有限元模型能够很好地模拟高强钢焊接箱形截面偏心受压构件的局部-整体相关屈曲;高强钢薄腹矩形管截面压弯构件平面内无量纲化极限承载力Pu/(Afy)与构件长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比近似为线性关系;高强钢薄腹矩形管截面偏压构件的轴力和弯矩相关曲线近似为直线;按边缘纤维屈服准则推导的公式经过修正之后可用于计算高强钢压弯构件局部-整体相关屈曲的极限承载力.     

内填部分混凝土钢桥墩延性性能简化计算方法

采用二维梁单元模型模拟内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性性能。考虑翼缘宽厚比、柱长细比和混凝土填充率三个参数,建立了20个二维梁单元模型。将模拟结果与三维精确有限元分析结果进行对比,提出了针对二维模拟结果的延性修正系数。将修正后的二维模拟结果与试验结果对比,吻合良好,验证了所采用有限元分析方法以及延性修正系数的准确性与有效性。研究结果表明:混凝土填充率的提高,可以有效提高钢桥墩的延性性能;翼缘宽厚比和柱长细比的增加会导致钢桥墩延性的降低。最后提出了钢桥墩最优混凝土填充率确定方法建议。     

粘钢法全长加固钢管柱极限承载力研究

对卸载和受荷情况下外粘钢板加固轴压圆钢管的弹塑性受力全过程进行了研究。考虑了残余应力、初弯曲、受荷弯曲的因素,采用数值积分法计算了粘钢加固圆钢管完整的荷载一位移曲线,分析了长细比、初应力比、径厚比、加固层厚度及残余应力对压杆极限承载力的影响。研究结果表明：长细比和初应力比是影响加固钢管极限荷载的主要因素,长细比或初应力比越小,加固后极限荷载增幅就越大;随着径厚比或粘钢厚度的增大,截面抗弯刚度也相应增大,极限荷载增幅亦相应增大;残余应力的存在明显降低了加固时所能达到的极限荷载。最后提出了粘钢加固轴压杆的计算方法。     

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性影响参数

为了研究内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在恒定竖向荷载与柱顶水平往复荷载作用下的延性性能,建立三维弹塑性有限元模型,通过比较模拟结果与试验结果的水平荷载－水平位移滞回曲线和破坏模态,确定了所采用有限元分析方法的准确性与有效性。以翼缘宽厚比、柱长细比、混凝土填充率和柱轴压比为变化参数,建立56个三维弹塑性有限元分析模型,归纳总结了钢桥墩可能出现的各破坏模态：对于纯钢桥墩,局部屈曲发生在试件底部;对于内填部分混凝土钢桥墩,当混凝土填充率较小时,局部屈曲通常发生在内填混凝土上部钢板处;随着混凝土填充率的增大,局部屈曲出现在试件底部附近。最后分析上述4个参数对钢桥墩极限承载力和延性性能的影响规律。     

部分填充钢管混凝土桥墩抗震性能的数值分析

目的 研究钢管径厚比和桥墩柱长细比参数对部分填充圆形钢管混凝土桥墩变形和能量吸收等抗震性能的影响.方法 在确定数值分析与实验数据吻合的基础上,采用AMRC有限元程序,对部分填充圆形钢管混凝土柱7个试件进行非线性数值分析.结果 除了λ=0.15的模型以外,最大承载力基本一致.积累吸收能量随着λ的增大而增加.Rt变化,结构的最大承载力变化不大.积累吸收能量随着Rt的增大而增加.结论 钢管径厚比和桥墩柱长细比对部分填充圆形钢管混凝土柱的变形和能量吸收的影响较小,但是填充混凝土高度对钢管局部变形发展位置影响较大.     

内置T型钢板补强圆形钢桥墩抗震性能研究

目的 研究不同数量的内置补强T型肋和用钢量对圆形钢桥墩的极限强度、延性等抗震性能的影响.方法 在确定实验数据与数值分析基本吻合的前提下,使用Abaqus有限元程序对5个内置T型肋补强圆形钢桥墩进行了非线性弹塑性数值分析.结果 各补强钢桥墩的屈服位移和最大位移大致相同,但各补强钢桥墩的强度退化的速度有明显区别.从不同定义的延性曲线上得到4T和8T类型补强肋的桥墩延性最优.若考虑用钢量等经济因素4T用钢量为8T一半却拥有相近的延性.结论 随着补强肋数的增加,钢桥墩的用钢量及强度增加,但钢桥墩的抗震延性并不与用钢量成正比增加.考虑抗震性能和经济效益等设计指标,4 T补强圆形桥墩优于其他桥墩.     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验

为了弥补仅设加劲肋和仅设拉杆的方钢管混凝土柱存在的性能不足,本文提出了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱.制作了1个仅设置加劲肋方钢管混凝土短柱和5个穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱,进行轴压试验,并对比分析了试件的破坏过程、破坏形态、承载力、延性等,以及加劲肋、拉杆、钢管壁的应变曲线.结果表明:拉杆直径增大对试件极限承载力的提高有限,但可以提高延性;拉杆纵向间距缩小使核心混凝土受到加劲肋和管壁的约束作用增强,试件的极限荷载和延性均有较大提高.穿孔肋拉杆的设置能增强对核心混凝土的约束作用,提高钢管壁的屈曲强度,延缓了加劲肋与混凝土之间的黏结滑移和变形,提高带肋方形钢管混凝土短柱的极限轴压承载力和延性.研究成果对穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的研究和实际工程应用有重要的参考价值.     

钢框架十字型刚性节点滞回性能分析与设计

为研究钢框架十字型刚性节点构件的滞回性能,以轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋为参数,设计8组钢框架十字型刚性节点和1组T型刚性节点;基于简化的力学模型和材料的本构关系,利用ABAQUS软件建立有限元模型,分析节点试件的滞回性能;通过与已有的T型刚性节点试验结果对比,两者吻合较好,验证有限元模型的合理性.开展十字型节点仿真分析,提取节点荷载—位移滞回曲线、包络图、骨架曲线和应力云图,获得柱轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋对该类节点抗震性能的影响规律,并对轴压比、柱腹板与翼缘厚度比提出设计建议.结果表明:柱轴压比设计限值建议取为0.5,柱腹板与翼缘厚度比设计限值建议取为0.75.当截面形式为H型钢时,十字型刚性节点的抗震性能良好,并且优于截面形式为钢管的,节点域设置横向加劲肋可有效提高节点的抗震性能.     

带肋中空夹层方钢管混凝土柱轴压性能的试验研究

由于普通钢管混凝土柱容易出现局部屈曲等问题,近年来,出现了在钢管混凝土内设置加劲肋的新型组合柱的应用与研究,期望通过结构形式的变化改善钢管混凝土的力学性能。作者研究了不同加劲肋类型对钢管混凝土柱的力学性能的影响。本试验设计了单肋、三角形肋、方形肋3种加劲肋形式和不同长细比的中空夹层方钢管混凝土,对其进行了轴心抗压试验。采用数字图像相关法对试件进行了全场应变监测和分析,同时,研究和分析了加劲肋形式对其极限承载力、延性、局部屈曲、荷载位移的影响。试验结果表明,不同长细比试件产生局部屈曲的位置最容易发生在其长度的1/8处至端面范围内或者距离端面1/8处至3/8处范围内。相较于无肋中空钢管混凝土,带肋试件的延性明显提高,其中,采用三角形肋的试件的延性平均提高了76%,但其承载力有不同程度的下降。对试件的极限承载力进行了预测,计算结果与试验结果吻合较好。     

外置钢管补强圆形钢桥墩的抗震性能

目的研究钢管径厚比和桥墩柱长细比参数对外置钢管补强圆形钢桥墩承栽力、延性和吸收能量的影响．方法在确定数值分析与实验数据吻合的基础上,采用MARC有限元程序,对外置钢管补强的圆形柱7个试件进行非线性数值分析．结果得到了在一定垂直荷载和水平往复荷载作用下荷载一位移滞回曲线．明确了外钢管的设置改善桥墩具有良好抗震性能的机理：当内钢管底部变形达到两管间的Dgap时,外钢管阻止了内钢管局部变形的发展,提高了结构的延性和承载力．结论除了λ＝0．15试件,其他的试件都是在56。时达到最大承载力,并且其大小变化不大．结构延性随着λ（或R1）的增大而减少．     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

方形设肋薄壁钢管混凝土柱的恢复力模型

为了研究薄壁钢管混凝土柱的抗震性能,对6根方形设肋薄壁钢管混凝土柱在反复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究,试验主要参数为轴压比(n=0.3~0.6).结果表明:当轴压比≯0.5时,滞回曲线较为饱满,延性系数均>3以上.随着轴压比的增大,构件的承载力略有提高,延性明显降低.采用有限元程序ABAQUS6.5计算每个试件的荷载-位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上进行参数分析,研究混凝土强度、钢板强度、轴压比、长细比、钢板厚度对构件滞回性能的影响.并通过回归分析建立了薄壁钢管混凝土压弯构件的荷载-位移恢复力模型,模型的计算结果与试验结果吻合较好.     

循环往复Pushover分析轴压比对圆柱桥墩延性能力的影响

运用有限元软件ABAQUS建立了圆柱桥墩非线性有限元模型,采用循环往复加载的Pushover方法模拟圆柱桥墩包括保护层及核心区混凝土、箍筋和钢筋的破坏过程,研究轴压比对圆柱桥墩延性破坏的影响。研究表明,核心区混凝土的破坏时间随着轴压比的增大而缩短;轴压比的变化对圆柱桥墩的保护层混凝土、纵筋首次屈服时间的影响无明显规律可循;一定范围内,位移延性系数随轴压比的增大而减小,表明适当的轴压比能够提高桥墩的抗倒塌能力;圆柱墩的滞回耗能能力也随轴压比的增大而减小。     

不锈钢箱形轴压构件整体稳定承载力计算方法

为研究不锈钢箱形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对具有不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行参数分析,通过对比确定材料力学性能、构件长细比为影响承载力的主要因素.在参数分析的基础上,依据稳定承载力的数据拟合结果提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可较准确地计算不锈钢箱形轴心受压构件整体稳定承载力.     

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明：组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载‐位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。