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。     

内填料石钢管混凝土中长柱轴压性能试验研究

为研究内填料石钢管混凝土(SCFST)中长柱的轴压性能,对12根内填料石钢管混凝土中长柱进行单调轴压试验,研究内填料石尺寸、钢管壁厚和长细比对SCFST中长柱受力性能的影响。试验结果表明：内置料石提高了SCFST中长柱的承载力,且增幅随料石尺寸的增大而提高,最大增幅达87%;内填料石尺寸相同时,SCFST中长柱承载力随钢管壁厚的增大近似呈线性增长;随着长细比的增大,SCFST中长柱破坏形态逐渐从轴压破坏转变为压弯破坏,承载力逐渐降低。根据试验结果,对GB 50396—2014中CFST柱相关设计模型用于预测SCFST中长柱承载力的可行性进行评估,预测结果与试验结果误差为-18%～24%,不能较好预测SCFST中长柱的承载力。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能研究及优化

对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱在单向压弯状态下进行试验研究和有限元分析,并在此基础上对构件连接板进行优化。结果表明,十字形截面方钢管混凝土组合异形柱整体压弯性能良好、承载力高以及截面延性较大;有限元软件ANSYS分析得出结果与试验结果吻合良好,验证了ANSYS建模计算的准确性;根据试验和有限元对比分析结果,对连接钢板进行拓扑优化,探究其在结构中的合理形式。     

十字形方钢管混凝土组合异形柱压弯性能和可靠度分析

运用ANSYS有限元软件,对单向压弯状态下十字形截面方钢管混凝土组合异形柱进行仿真计算,并在此基础上采用蒙特卡罗法分析结构的可靠度。结果表明,十字形方钢管混凝土组合异形柱具有承载力高、塑性和韧性好的特点;钢管与混凝土能良好地协同工作,提高了混凝土的承载能力。与此同时,ANSYS分析得出柱子高度、截面尺寸等参数对结构最大侧向位移和应力强度的灵敏度影响较大,同时得出结构的可靠度概率。     

某斜交多层RC框架结构抗震设计

本文基于SATWE软件,针对实际工程中一个多层RC框架结构的斜交异形构件,分别采用等效柱截面方法(C法)和抗震墙方法(W法)建立结构模型,进行整体结构抗震计算和对比分析。分析表明,对于斜交多层RC框架结构,可采用SATWE软件综合考虑C法和W法对结构进行包络设计,并根据结构位移曲线及底层框架的剪力和倾覆力矩的比例等指标综合判定结构类型。若结构属于少墙框架结构,除斜交异形构件外的其余构件的内力及配筋,宜采用C法的计算结果;对于斜交异形构件,可按抗震墙对其进行截面设计。     

L形闭口截面压弯构件整体稳定承载力试验与数值分析

先设计制作了4个不同截面的L形闭口截面压弯试件,通过加载试验分析试件的整体稳定性。然后采用有限元软件建立模型,并将数值分析结果与试验结果对比,以验证有限元模型的可靠性。最后与规范计算值作比较,分析L形闭口截面压弯构件整体失稳特性。     

钢筋砼异形截面双向压弯柱延性性能的理论研究

根据钢筋砼双向压弯柱的工作机理,提出了用全过程非线性分析来研究双向压弯柱截面延性的方法,并编制了相应的计算机程序。通过对７３３根Ｌ形柱、７３３根Ｔ形柱和２４３根方形柱电算结果的分析,总结了Ｌ形、Ｔ形、方形截面双向压弯柱的截面延性规律,提出了这三种截面双向压弯柱的截面延性计算公式,并在此基础上,对轴压比、箍筋间距等一系列构造要求提出了设计建议。     

楔形变截面柱平面内稳定及平面内等效弯矩系数

采用平衡法对楔形柱 (压弯构件 )平面内稳定及平面内等效弯矩系数进行计算分析 ,得出楔形压弯构件与等截面压弯构件平面内稳定计算公式一致、其平面内等效弯矩系数 βm 与等截面 βm 相衔接的计算公式     

Q460高强度钢材焊接H形截面弱轴压弯柱承载力试验研究

为了研究高强度钢材中厚板焊接H形截面压弯柱的承载力,采用国产Q460高强度钢材11 mm、21 mm中厚板制作了6个焊接H形截面压弯柱,试件截面自由外伸翼缘板宽厚比分别为7、5、3,长细比分别为40、55、80。通过对Q460低合金高强度钢材的材性测试、3种焊接截面残余应力测试、各试件初始几何缺陷测量及承载力试验,进行了H形截面弱轴压弯构件整体失稳承载力的试验研究,并与采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》进行计算的承载力对比;同时以理想弹塑性模型,综合考虑试件初始缺陷建立有限元模型,分析计算其承载力。试验及分析结果表明：Q460低合金高强度钢材具有强度高、塑性性能较好等特点;由实测截面残余应力值得到其分布形式与普通钢材焊接H形截面残余应力分布基本相同;高强度钢材焊接H形截面压弯构件承载力试验值明显高于GB 50017-2003设计公式计算值;文中采用的有限元分析方法可以较准确地计算试件的承载力。研究成果为高强度钢材在实际工程中的应用提供试验参考。     

密肋复合墙体压弯剪复合受力性能非线性数值分析

应用通用有限元程序ANSYS,采用"实体单元-组合式配筋"计算模型,以墙体剪跨比、边框柱截面尺寸及配筋率作为变化参数,对墙体压弯剪复合受力性能进行非线性有限元分析。通过对不同墙体模型的承载力以及墙体截面正应力和应变等计算结果的分析,研究较大剪跨比密肋复合墙体的破坏形态及特征、受剪及受弯承载力的影响因素、压弯极限状态下墙体的应力及应变特征,为复合墙体正截面压弯承载力计算公式及构造措施的建立提供依据。经对比分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好。因此,采用提出的有限元模型及方法得出的密肋复合墙体压弯剪复合受力性能的非线性有限元分析结果是可靠且可信的。     

足尺L形方钢管混凝土组合异形柱受火后轴压承载力试验研究

对蒸压轻质加气混凝土板(ALC板)处理过的L形方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)进行了3h耐火试验,结果表明该柱满足一级耐火等级柱构件的耐火极限要求。为了研究其受火后力学性能,对柱进行了轴压试验,得到其荷载-位移曲线、荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线。通过分析试验曲线和现象发现,加载初期L形SCFST柱表现出良好的线弹性,达到极限承载力之后,柱表现出较好的延性,三肢单柱间协同作用良好。L形SCFST柱绕弱轴XX发生整体弯曲,最终由于固定端的混凝土被压碎和钢管鼓曲开裂导致承载力丧失。通过有限元模拟得到SCFST柱的极限承载力和破坏模态,以及采用叠加理论得到SCFST柱的极限承载力,均与试验结果基本吻合,证明了这两种方法的可行性。对比结果表明受火后SCFST柱的材料性能和结构构造并未受到明显的影响,仍具有较高的承载力,进而验证了SCFST柱采用ALC板作为防火处理措施的可行性。     

H型钢连接方钢管混凝土组合柱简化模拟方法

为了简化H型钢连接方钢管混凝土组合柱(SCFT柱)的建模计算过程，建立了三种H型钢连接SCFT柱的有限元分析模型，分别为常用的实体单元模型以及基于轴向刚度和抗弯刚度等效的双梁-单壳单元简化分析模型，结合试验结果，进行了压弯状态下的受力性能分析。基于实体模型和根据刚度等效换算的单梁-单壳单元模型、双梁-单壳单元模型，采用通用分析和设计软件MIDAS建立了典型SCFT柱框架，对比了三种模型在不同荷载下的响应。结果表明：三种模型得到的压弯状态下H型钢连接SCFT柱的破坏模式和承载力基本一致，且与试验结果吻合良好，SCFT框架自振特性、层间位移和柱底反力具有一致性，验证了简化分析计算模型结果的准确性，以及运用于结构分析计算的可行性。     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载特性

通过对2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件的拟静力试验,研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力。采用带约束拉杆方形钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系,利用有限条带法对反复荷载作用下试件的骨架曲线进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。并利用该方法分析钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度及拉杆约束系数等参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力的简化计算式。运用简化算式及国内外技术标准分析构件的压弯承载力,简化式与试验结果吻合较好,而CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土技术规程》没有考虑约束拉杆的作用,对构件的压弯承载力评估不足。     

双H形钢部分包覆钢-混凝土组合柱压弯试验研究

欧规EN 1994-1-1中仅列入了双H形钢部分包覆钢-混凝土组合(PEC)构件的截面形式,但对其压弯承载力计算方法和截面构造都未予以明确规定。为此,设计了3类截面形式的正交双H形钢PEC柱试件,对其进行了压弯条件下的往复加载试验,并将试验结果与采用作者前期提出的单向压弯及双向压弯承载力计算方法的计算结果进行比较。结果表明:钢翼缘对混凝土有明显的约束作用;试件在单向压弯和双向压弯下具有相同的抗弯刚度和承载力,均表现出了良好的塑性变形能力和耗能性能,加强箍筋可以提高试件的延性;前期提出的压弯承载力计算方法得到的压弯承载力与试件结果相比偏于安全,而相比于欧洲规范EC4的计算方法又具有一定的经济性。     

钢骨轻骨料混凝土压弯构件正截面承载力计算

在九根钢骨轻骨料砼压弯构件破坏试验的基础上，依据目前计算钢骨混凝土柱的几种理论，对钢骨轻骨料混凝土压弯构件正截面承载力进行计算，并将各计算结果及试验结果进行比较分析，讨论了这种柱的正截面强度计算方法。     

增大截面法加固高温损伤钢筋混凝土压弯构件承载力和变形的计算

对增大截面法加固的钢筋混凝土压弯构件的受力性能进行了全过程分析,并与试验结果相比较。计算结果表明该计算方法合理、程序可行、计算结果稳定。计算程序可作为火灾后增大截面法加固的混凝土压弯结构的分析或计算的手段。     

纵筋布置形式对钢筋混凝土宽肢L形截面柱延性影响的研究

根据钢筋混凝土双向压弯柱的工作机理,提出了用全过程非线性分析来研究双向压弯截面柱延性的方法,并编制了相应的计算程序。通过对3种不同配筋方式的钢筋混凝土宽肢L形截面柱的电算结果分析,对不同纵筋布置形式下该柱的延性变化规律进行了讨论,提出了优化的纵筋配筋方式。     

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

压弯柱的荷载位移关系非线性分析

考虑材料非线性对压弯柱性能的影响,在经典混凝土与钢筋本构模型基础上,结合有关锈蚀钢筋的研究成果,考虑纵筋锈蚀、混凝土强度、配筋、截面尺寸和轴压比等参数,运用Matlab语言,采用条带法编制相关程序得到压弯柱截面弯矩-曲率曲线,进而对柱进行分段,采用已得到的弯矩曲率数据,积分得到压弯构件荷载-位移曲线,最后对各参数进行一定的分析。