FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型

在平面应变条件下对FRP-混凝土-钢混合双管柱进行力学分析,考虑混凝土和钢管的弹塑性,通过FRP管有无达到极限状态判断试件是否破坏,提出FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。在理论模型基础上对FRP与钢双管约束混凝土应力-应变曲线进行参数分析,考察FRP管类型、空心率、钢管径厚比、混凝土强度以及钢管强度对混凝土应力-应变曲线的影响,研究表明FRP管类型、空心率和混凝土强度对应力-应变曲线有影响,钢管径厚比和钢管强度几乎没有影响。     

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。     

高强钢管混凝土撞击后力学性能数值研究

为分析高强钢管混凝土撞击后力学性能，该文建立了高强钢管混凝土在低速侧向撞击下以及轴压剩余承载力数值模型，模型考虑了高强钢和混凝土的材料应变率效应等以及动力-静力加载工况之间的结果衔接。使用现有高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力加载试验结果对所建立模型的合理性进行了验证。采用建立的有限元模型，对高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力侧向加载后的破坏形态、局部损伤和跨中挠度对于其轴压剩余承载力的影响规律进行了对比分析，理清了影响其轴压剩余承载力的关键因素，并发展了相应的简化计算模型。     

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。     

内配圆钢管的圆钢管混凝土构件耐撞性能分析

内配圆钢管的圆钢管混凝土是一种新型复合形式的组合构件,由圆钢管混凝土内部配置同心位置的圆管,并在内部圆管的内外两侧均浇筑混凝土而形成的构件。基于有限元软件ABAQUS对内配圆钢管的圆钢管混凝土构件在低速横向撞击作用下的耐撞性能进行了数值模拟,数值结果与其他研究者完成的钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土试件的撞击试验数据进行了对比,验证了模型的正确性。采用该模型分析了此类组合构件在横向撞击作用下的动力响应全过程及其典型破坏模态,对影响其耐撞性能的主要影响参数进行了分析,初步得出了各主要影响参数对此类组合构件耐撞性能的影响。参数分析结果表明,提高外钢管的强度及含钢率可以有效地改善该构件的耐撞性能,而混凝土强度的变化对构件耐撞性能的影响很小;增强构件两端的支座约束,可以增强构件的耐撞性能;构件的内外径之比为0.6～0.8时,构件具有较好的耐撞性能。     

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。     

多次侧向冲击下双层钢管混凝土结构的响应分析

利用落锤试验研究了双层钢管混凝土组合结构在多次侧向冲击作用下的抗冲击性能,分析了该组合结构在侧向冲击下的变形机理,并获取了双层钢管混凝土试件在历次冲击过程中的冲击力时程曲线以及历次冲击后的整体变形和凹陷变形数据。试验数据表明:外层钢管及其厚度对该组合结构的抗冲击能力和整体弯曲变形的大小有显著影响;混凝土层有效限制了结构的凹陷变形。相比于传统的空钢管,双层钢管混凝土结构在多次冲击荷载作用下显示了良好的抗冲击性能——更小的整体和凹陷变形,以及较高的吸能能力。     

导管架平台圆形管柱撞击力的估算方法研究

导管架平台遭受船舶撞击的事故,将造成严重的经济损失和环境污染。在结构设计中应当对平台圆形管柱结构的抗撞性能予以足够重视。在结构设计时,通过解析计算方法预报圆形管柱结构的抗撞性能,可以显著提高结构设计效率。在圆形管柱碰撞损伤机理研究的基础上,考虑圆形管柱遭受撞击时的整体弯曲变形,提出了一套预报圆形管柱抗撞性的解析计算方法;利用该方法,对圆形管柱结构遭受船舶侧向撞击场景下的管柱结构损伤、结构变形阻力,开展解析计算分析和预报。研究中采用落锤撞击圆形管柱试验,以及数值仿真方法,验证该解析计算方法的准确性,提高其在导管架平台结构设计中的适用性。     

爆炸荷载作用下FRP管-混凝土-钢管组合柱动态响应的数值模拟研究

针对FRP(纤维增强复合材料)管-混凝土-钢管组合柱的抗爆性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟研究。分析了组合柱在爆炸荷载作用下的破坏形态、不同比例距离以及不同厚径比情况下的动态响应。结果表明:在爆炸荷载作用下,组合柱损伤程度明显降低;随着比例距离逐渐增大,FRP材料组合柱的中部水平位移峰值显著降低;随着厚径比增大,组合柱刚度逐渐增强,组合柱中部水平位移峰值也显著降低。因此,该类组合柱具有优越的抗爆性能。可为该类型组合柱的抗爆设计以及进一步研究提供参考。     

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。     

低速横向冲击下钢管混凝土构件的力学性能研究

建立了钢管混凝土构件在低速横向冲击作用下的有限元计算模型,其中考虑了钢材和混凝土的应变率效应以及钢管和混凝土界面的接触关系。与现有试验结果对比,分析结果表明:有限元模拟结果和试验结果吻合较好。之后采用该有限元模型进行了参数分析,讨论了各参数对钢管混凝土在冲击荷载下的力学性能的影响。     

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明：柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究

为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能，采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能；该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大，空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。     

圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能研究

该文利用有限元软件ABAQUS建立了圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,并进行了12个圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压试验。有限元计算与试验所得的荷载-位移全过程曲线及破坏形态吻合较好。在此基础上对内钢管与混凝土之间的相互作用进行了分析,并对锥度、材料强度、空心率、配筋率等参数对轴压时叠合短柱初始刚度、极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行了比较。     

FRP-钢管-混凝土构件抗震性能试验研究

为了研究低周循环往复荷载作用下GFRP(glass fiber reinforced polymer)-钢管-混凝构件的力学性能以及对比CFRP(carbon fiber reinforced polymer)-钢管-混凝土构件的性能差异, 对尺寸相同而加固方式不同的圆形截面FRP(GFRP、CFRP)-钢管-混凝土试件进行了拟静力试验, 荷载采用轴压、双向弯曲的组合来模拟地震动力。结果表明: FRP(GFRP、CFRP)的加固可以有效地提高构件抗动态弯曲的能力; GFRP-钢管-混凝土构件延性高于相同情况下CFRP-钢管-混凝土构件; 与普通钢管-混凝土相比, 环向、纵向和双向包裹的GFRP-钢管-混凝土构件的耗能系数分别提高2.0%、7.0%和12.7%, 而CFRP-钢管-混凝土分别提高2.0%、5.8%和6.7%。     

FRP布-混凝土界面粘结性能的有限元分析

FRP(纤维增强复合材料)布与混凝土界面的粘结性能是粘贴 FRP 布加固混凝土结构中的关键问题。首先讨论了该界面问题有限元分析的难点及建模方法,根据使用现有有限元程序试算的结果,讨论了界面问题中混凝土力学行为的特点及对混凝土本构模型的要求;在此基础上,提出了适用于分析 FRP 布-混凝土界面问题的混凝土本构模型,并编制了相应的程序,对 FRP 布-混凝土面内剪切问题进行了分析。分析结果与试验结果吻合较好,并给出了混凝土本构模型中相应参数的建议取值。基于数值模拟结果,对 FRP 布-混凝土界面粘接力学机理进行了讨论。     

FRP约束RC矩形空心截面桥墩分析模型及试验验证

针对纤维复合材料(FiberReinforcedPolymer,FRP)约束钢筋混凝土(RC)矩形空心截面墩的抗震性能分析问题,该文提出了一种考虑有效强度系数和面积配箍率的FRP有效侧向约束力的简化计算方法。并通过与试验体桥墩的墩顶水平位移-承载力、墩底截面转动变形-弯矩曲线的对比分析,验证了该文提出简化计算模型的正确性。最后,基于该文提出的简化计算方法,对不同种类FRP约束RC矩形空心截面墩截面的抗弯承载力、曲率、塑性转动能力等抗震性能参数进行了研究,结果表明环包FRP布对空心墩的延性贡献较大,对提高其承载力影响较小。     

FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析

FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题。基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究。在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响。FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程。通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论。     

无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙平面外抗冲击性能有限元分析

为研究无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙在平面外冲击荷载作用下的力学性能,基于ABAQUS软件建立有限元模型并利用已有试验验证该模型的有效性,在此基础上分析了冲击质量、冲击能量、轴压比、截面形式等参数对该组合剪力墙抗冲击能力的影响,获得其破坏模式。结果表明:冲击能量相同时,墙体耗散的能量随着冲击质量的增加而增加;冲击质量相同时,冲击能量的变化能够影响墙体各部件的吸能比;较小的轴压比对墙体抗冲击性能有利,设计时可不考虑轴压比参数,结果偏于安全;墙体端部槽钢开口向内较开口向外其抗冲击性能略有提升;含对拉螺栓的墙体抗冲击性能优于含交错栓钉的墙体。结合有限元分析结果,基于冲击作用下梁的塑性位移计算方法,推导出该组合剪力墙在面外冲击荷载作用下的塑性位移计算公式,计算结果与有限元分析结果吻合较好。