基于壁板屈曲后强度的矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法

为了准确计算大宽厚比矩形钢管混凝土短柱偏压承载力,通过有限元方法对非均匀受压单侧约束平板的屈曲性能进行了研究,给出了该类板件的弹性屈曲系数计算公式。以此为基础,结合有效宽度法,提出了基于壁板屈曲后强度的矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法。为验证所提计算方法的准确性,建立了大宽厚比钢管混凝土短柱偏压试验数据库,并将该计算方法与各规范的计算方法进行了对比。结果表明:提出的两种大宽厚比矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法具有较高的计算精度,计算结果与试验结果吻合良好,其中方法二能够准确地评估构件的偏压承载力,可用于大宽厚比矩形钢管混凝土短柱偏压承载力计算中。     

矩形不锈钢管混凝土柱双向偏压力学性能试验研究

完成了14根矩形不锈钢管混凝土柱在双向偏压下的试验研究,试验考察的主要参数为:荷载偏心率、混凝土强度和试件长度。试验结果表明:在双向偏心受压荷载作用下,矩形不锈钢管混凝土柱具有良好的延性;荷载偏心率、混凝土强度和试件长度对矩形不锈钢管混凝土双向偏压试件的承载力和延性都有着明显的影响,跨中截面的应变变化符合平截面假定。采用现有《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ/T 13—51—2010)中的钢管混凝土双向压弯相关方程对试验构件的极限承载力进行了计算,其结果和试验值吻合较好。     

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。     

偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能有限元分析

为了研究偏压矩形钢管再生混凝土柱的抗火性能,建立了火灾下柱温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了模型的有效性。研究了长细比、荷载比、截面周长以及偏心率对偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的影响。结果表明:有限元模拟的温度场和力学场与实验结果总体符合。长细比、荷载比和截面周长是影响偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的主要因素。长细比越大耐火极限越小而膨胀变形越大,荷载比越大耐火极限越小且膨胀变形越小,截面周长越大耐火极限越大且膨胀变形越大。偏心率对耐火极限和膨胀变形影响较小。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压性能

为研究采用外包薄壁钢管、内灌自流平微膨胀灌浆料约束加固受火后钢筋混凝土柱的偏压性能,进行了2根未受火混凝土柱、2根受火后混凝土柱和6根受火后再加固的混凝土柱的受压试验研究,分析了不同荷载偏心率对外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱偏压承载性能的影响规律。考虑外包薄壁钢管的约束效应和高温对混凝土损伤影响,给出了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法。结果表明：荷载偏心率为0、0.87的混凝土柱受火90min后,其极限荷载分别降低了30.3%、47.4%;外包薄壁钢管对受火后混凝土轴压柱的加固效果较好,对偏压柱的加固效果略有降低,受火后荷载偏心率为0、0.87混凝土柱经加固后极限荷载分别比对应的未受火混凝土柱提高2%、降低4.7%;外包薄壁钢管加固可显著提高混凝土柱的延性;当荷载偏心率不超过1.07时,加固后试件的极限荷载随荷载偏心率的增加近似呈线性降低;提出的外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

局部承压矩形钢管混凝土短柱力学性能研究

基于单调荷载作用下钢材和混凝土的应力-应变关系模型,考虑了材料本构关系的非线性以及不同材料之间的接触关系,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了矩形钢管混凝土短柱在局压偏压下的非线性有限元计算模型。计算分析矩形钢管混凝土受局压偏压时的荷载-变形全过程关系曲线,计算曲线与试验曲线吻合较好。通过分析局压面积比、截面含钢率、钢材和混凝土强度以及端板厚度等对钢管混凝土局压力学性能的影响规律,较深入地了解矩形钢管混凝土受局压偏压荷载时的工作机制。最后,在系统参数分析结果的基础上,提出矩形钢管混凝土局压偏压承载力简化计算方法。     

多室式钢管混凝土T形偏压短柱性能分析

采用ABAQUS软件,建立了多室式钢管混凝土T形短柱的有限元模型。对3个轴压短柱试件进行了模拟分析,得出荷载-位移曲线,并将计算结果与试验结果进行了对比。在此基础上对多室式钢管混凝土T形短柱的偏压性能进行了大量数值模拟计算,得出了其N/Nu-M/Mu相关曲线,分析了各参数对其N/Nu-M/Mu相关曲线的影响。参考矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和方法,在分析计算数据的基础上,建立了多室式钢管混凝土T形短柱偏压承载力的简化计算公式。分析结果表明,所提出的偏压强度承载力计算公式与数值模拟结果符合良好,可供工程设计参考。     

偏心受压方钢管混凝土柱极限承载力的计算

本文在轴压短柱试验研究的基础上，通过数值计算分析了方钢管混凝土组合截面弯矩－轴力－曲率（Ｍ－Ｎ－）关系，并且进行了简化。在此基础上，提出了用压溃理论计算方钢管混凝土偏压柱极限承载力的简化解析方法，并将其应用于工程轴压柱（因其存在初始缺陷，实际上为小偏心受压）的计算。理论计算结果与试验结果符合良好。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算

采用带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系,利用纤维模型法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力进行了数值分析,计算结果与试验结果吻合良好。利用经试验结果验证的计算程序对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压和单、双向偏压承载力进行了较系统的参数分析,回归出带约束拉杆矩形钢管混凝土轴压和单、双偏压承载力简化计算公式,公式的计算精度高,形式简单,便于应用,可供工程设计参考。     

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。     

圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究

圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力.为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了 8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证.结果表明:基于双剪切统一强度理论、极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ/T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差.推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算.最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为 e/R≤1.55.     

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 ,提出了考虑长期荷载作用影响时矩形钢管混凝土轴心受压柱承载力的简化计算公式     

矩形钢管混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法

进行了8个轴心受压或偏心受压矩形钢管混凝土柱,按ISO—834和GB/T9978—1999规定的标准升温曲线升温作用下耐火极限的实验研究。实验结果表明,截面尺寸和防火保护层厚度对构件耐火极限的影响较大,而荷载偏心率的影响则相对较小。分析结果还表明,国家规范GB50045—95中钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于矩形钢管混凝土柱。在大规模参数分析结果的基础上,提出了矩形钢管混凝土柱耐火极限及防火保护层厚度的简化计算公式,公式的计算结果与数值计算结果和实验结果均吻合较好,且总体上偏于安全。本文的研究成果可为有关矩形钢管混凝土工程进行抗火设计时提供参考。     

方钢管钢骨混凝土双偏压柱试验研究与有限元分析

进行了9根方钢管钢骨混凝土双向偏压柱试验,研究其破坏形态,分析荷载与纵向应变关系及长细比、加载方向等参数变化对双偏压柱受力性能的影响。结果表明:当荷载达到极限荷载的50%～70%,钢管的受压区开始屈服;当荷载达到极限荷载的80%～90%,钢骨的受压区开始屈服。在试验参数范围内,加载角度的变化对偏压柱的受力性能影响不大。通过有限元法建立计算模型,模型计算结果与试验结果吻合很好。在此基础上,通过变化计算参数,分析了不同长细比、偏心距条件下,加载角度对偏压柱受力性能的影响。结果表明,随着长细比及偏心距的增大,加载角度的变化对双偏压柱受力性能的影响也越来越大。     

长期持续荷载下中空钢管混凝土(CFDST)柱的研究

给出了一组长期持续荷载下中空钢管混凝土(CFDST)柱的试验结果。试验包括两个阶段:长期正常使用阶段的试验和极限强度试验。给出了长期持续荷载下CFDST柱的数值模型。数值结果与试验结果吻合很好。另外,详细分析了CFDST柱的长期性能。最后,给出了计算长期持续荷载下CFDST柱的极限强度的简化方程。     

方钢管配筋混凝土柱耐火极限影响因素分析及实用计算方法研究

利用方钢管配筋混凝土柱耐火极限的理论计算方法,对标准升温曲线升温及火灾有效荷载作用下,截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、材料强度、荷载偏心率以及钢筋配筋率和钢筋强度对方钢管配筋混凝土柱耐火极限的影响进行分析。并在此基础上,提出按规范ISO-834和《建筑构件耐火试验方法》(GB 9978-88)规定的标准升温曲线升温作用下,钢管配筋混凝土柱耐火极限的实用计算方法,计算结果与数值计算和试验结果均吻合较好。     

方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力研究

方钢管膨胀混凝土是一种较为理想的钢管混凝土结构。在偏压试验的基础上,依据现有规程对方钢管膨胀混凝土偏压短柱构件承载力进行研究,并依据极限平衡理论,提出适合方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力的计算方法,供工程实践和相关理论研究参考。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

钢管混凝土柱防火保护层计算方法研究

计算结果表明 ,作用在钢管混凝土柱上的荷载对其耐火极限及防火保护层厚度影响很大。基于数值计算结果及课题组前期的研究成果 ,提出了按规范ISO - 834或GB T 9978- 1999规定的标准升温曲线升温作用下 ,考虑火灾荷载比影响的钢管混凝土柱防火保护层厚度的实用计算方法 ,计算结果和数值计算与试验结果均基本吻合。     

六边形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究

对六边形钢管混凝土柱在双向偏压荷载作用下的力学性能进行研究。在确定钢和混凝土本构模型基础上,运用有限元软件ABAQUS模拟典型六边形钢管混凝土双向偏压构件的荷载-变形曲线,开展工作机理分析和参数分析。机理分析表明:在双向偏压荷载作用下,六边形钢管混凝土柱表现出较高的极限承载力和延性;钢管对混凝土可起到有效约束作用,角部区钢管对混凝土的约束效果高于平直段钢管。参数分析表明:在小轴压比情况下,六边形钢管混凝土双向偏压构件的弯矩相关曲线呈1/4圆形;否则呈1/4椭圆形。最后提出该类双向偏压构件承载力的简化计算式。与有限元计算结果对比,简化计算结果偏于保守,可供工程设计参考。