锈蚀方钢管混凝土短柱轴压承载力研究

采用ABAQUS有限元软件,建立模拟酸雨溶液腐蚀后方钢管混凝土轴压短柱有限元模型。为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀方钢管混凝土短柱进行轴压全过程分析,比较不同锈蚀率下方钢管混凝土柱荷载-轴向位移关系、外钢管承担的荷载-轴向位移关系、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系的变化规律。并对锈蚀方钢管混凝土轴压短柱进行参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对方钢管混凝土柱极限承载力的影响,最后给出酸雨腐蚀后方钢管混凝土柱极限承载力建议计算式。     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

新型全装配式钢骨混凝土组合柱抗震性能研究北大核心CSCD

为研究新型全装配式钢骨混凝土组合柱的抗震性能,采用ABAQUS软件对新型装配式组合柱进行了数值分析,基于试验研究结果,验证了有限元分析的可靠性。通过建立6个不同参数变量的有限元模型,研究了连接模块核心方钢管板厚与轴压比对其抗震性能的影响规律。结果表明:各试件的破坏模式主要集中在连接模块和柱脚处,并形成塑性铰,位移延性系数均值为2.98,极限位移角均值为1/17,表现出良好的变形能力;随着轴压比的增大,模型的水平承载力、刚度及同级加载位移角下的耗能能力均明显提高,但延性降低;方钢管板厚的差异对模型的抗震性能影响较小。虽然新型全装配式钢骨混凝土组合柱的抗震性能因模型设计参数的不同而有所差异,但总体上表现出良好的抗震性能。     

锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力研究

运用ABAQUS有限元软件建立了模拟酸雨溶液腐蚀后圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型,为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀圆钢管混凝土短柱进行了轴压全过程分析,比较了不同锈蚀率下圆钢管混凝土短柱荷载-轴向位移关系曲线、外钢管承担的荷载-轴向位移关系曲线、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系曲线以及外钢管与核心混凝土之间的相互作用力-位移关系曲线的变化规律。最后对锈蚀圆钢管混凝土轴压短柱进行了参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对圆钢管混凝土短柱极限承载力的影响,并由此导出了酸雨腐蚀后圆钢管混凝土短柱极限承载力简化计算公式。     

基于ABAQUS的钢管混凝土L型柱节点抗震性能计算研究

利用有限元软件ABAQUS建立了L型截面钢管混凝土异形柱节点的数值模型,对节点模型分别进行不同轴压比下的单调加载和往复加载的有限元分析。根据计算结果评价节点的抗震性能。钢管混凝土组合异形柱有较好的抗震性能,L型柱的屈服点提高,结构变形能力增强,结构耗能能力有所提高。在极限破坏状态时,柱外围混凝土会发生较大范围的开裂与破碎。L型钢管混凝土柱有可能承受更高的轴压比,其中的钢管存在进一步变形耗能的能力。     

钢-混凝土组合柱变形能力及轴压比限值研究

通过分析收集到的84根弯曲破坏型钢混凝土柱和96根矩形钢管混凝土柱的拟静力试验数据,得到了其极限位移角。分析了影响型钢混凝土柱与矩形钢管混凝土柱极限位移角的主要参数,拟合了两类柱子的极限位移角计算公式。基于钢-混凝土组合柱变形能力一致的原则,得到了型钢混凝土柱在不同轴压比下的最小配箍特征值要求以及不同抗震等级的矩形钢管混凝土柱的轴压比限值,为《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)的进一步修正提供参考。     

外套方钢管自密实混凝土加固RC方柱 轴压性能受力分析

在5根外套方钢管自密实混凝土加固RC方形截面短柱和2根未加固RC方形截面短柱轴压试验的基础上,采用大型有限元软件ABAQUS建立有限元计算模型,将计算得到的极限荷载和荷载-纵向位移曲线与试验结果进行对比,二者吻合良好。在此基础上,进行组合结构加固柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:钢管在组合结构加固柱达到极限荷载前就已屈服;原柱、钢管和新增混凝土持荷分配的变化规律与所处的加载阶段有关。提高新增混凝土强度,极限荷载下新增混凝土的持荷比例增大,原柱和钢管的持荷比例减小;增大钢管壁厚或提高钢管屈服强度,极限荷载下钢管的持荷比例增大,原柱和新增混凝土的持荷比例减小。     

钢筋混凝土柱基于位移的变形能力设计方法

建立了钢筋混凝土(RC)柱屈服位移角和极限位移角的计算式,对141个试件的试验数据进行分析,得到了计算式的相关参数。RC柱的屈服位移角与受拉钢筋屈服强度、柱截面高度和轴压比有关,极限位移角与轴压比、配箍特征值、剪跨比等有关,与纵筋配筋率关系不大。提出了RC柱基于位移的变形能力设计方法。     

轴心受压方钢管混凝土短柱极限承载力影响因素研究

为研究轴心受压方钢管混凝土短柱极限承载力的影响因素,文章建立了方钢管混凝土短柱的有限元模型并进行数值分析,将计算结果与试验结果进行比较。在此基础上,分析了方钢管混凝土的宽度,方钢管的厚度,钢材的屈服强度以及核心混凝土的圆柱体抗压强度对方钢管混凝土极限承载力的影响。同时研究了有限元软件的参数取值对极限承载力的影响。研究结果表明:有限元计算的载荷变形曲线与试验结果吻合较好。同时粘性系数,钢管强度,钢管厚度,混凝土强度,钢管混凝土宽度对方钢管混凝土极限承载力影响较大。     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

方钢管混凝土轴压短柱力学性能非线性有限元分析

在以往有关研究成果的基础上,选取具有代表性的轴压方钢管混凝土结构试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对方钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行计算分析。分析受力过程中钢管混凝土柱的破坏模态;计算方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线;分析含钢率、套箍系数对极限承载力和荷载-变形关系曲线的影响规律。并将计算分析结果与试验结果相比较,验证了建立的模型可以模拟方钢管混凝土柱的极限承载力和破坏全过程。文中的研究成果可为其他研究提供相关参考。     

低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验,研究了模型结构的破坏过程、破坏特征,得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线;模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应,表现出剪切滑移特征;试件破坏时,其等效黏滞阻尼系数为0.146,小于常规现代混凝土框架结构;模型框架的位移延性系数大于3.0,极限位移角为1/27,表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果,采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析,结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高,模型框架的水平承载力增大,但延性变差;随混凝土柱纵筋配筋率的增大,模型框架的水平承载力和延性均明显提高。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱非线性分析

为研究内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱的轴压力学性能,以长细比为设计参数对该柱进行轴心受压试验,并在合理选取材料本构关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱进行非线性分析,获取其变形特征、应力云图及轴向荷载-应变曲线,验证计算结果的合理性;在此基础上,分析方钢管强度、钢骨强度、再生混凝土强度、方钢管宽厚比及钢骨配钢率等参数对该短柱轴压性能的影响。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着长细比的增大,轴压柱的极限荷载和延性逐渐降低;短柱极限荷载随着方钢管强度、再生混凝土强度以及钢骨配钢率等参数的提高而逐渐增大,其中再生混凝土强度的提高对该短柱的变形能力是不利的;随着钢骨强度的增大,短柱极限荷载增大,但增幅不大;减少方钢管宽厚比对短柱的轴压性能是有利的,极限荷载增幅可达到18.5%。总体上,内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱具有承载力高和良好的变形能力。     

矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能研究

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验,变化参数为再生粗骨料取代率(0%,50%,100%)和轴压比(0.3,0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态,分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明：矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,表现为柱脚的鼓曲变形;轴压比为0.3时,再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%;轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%;平均位移延性系数接近2.7,说明其具有良好的变形能力;矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

Study on seismic performance of rectangular concrete-filled steel tube columns made with tailings and recycled aggregates

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能，设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验，变化参数为再生粗骨料取代率(0%，50%，100%)和轴压比(0.3，0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态，分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析，并与试验结果进行对比，验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明：矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似，表现为柱脚的鼓曲变形；轴压比为0.3时，再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%；轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%；平均位移延性系数接近2.7，说明其具有良好的变形能力；矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

钢管混凝土复合柱静力试验与偏心率折减系数计算方法

以偏心率为参数,对4根钢管混凝土复合柱和4根钢管混凝土格构柱进行了受压试验和有限元分析,对比分析了试件的破坏过程与特征、受压承载力和荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。试验结果表明：轴压复合短柱的破坏以钢筋混凝土板的压碎和纵筋屈服为特征,此时钢管混凝土柱肢没有充分发挥其自身的轴压承载能力;偏压复合短柱的破坏形态为近载侧钢筋混凝土板压碎同时柱肢钢管出现鼓曲,对应柱肢的受力状态与钢管混凝土格构柱的相似。当偏心率相同时,钢管混凝土复合柱的初始受压刚度和承载力均大于钢管混凝土格构柱,两者的初始抗弯刚度接近,但由于钢筋混凝土板在受力后期仍可有效传递截面剪力,钢管混凝土复合柱的侧向位移明显小于钢管混凝土格构柱。钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数随偏心率的变化情况与钢管混凝土格构柱的基本相似。以钢管混凝土格构柱的基本计算式为基础,利用试验和有限元参数分析结果对其进行修正,得到钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数计算方法,折减系数的计算结果与试验结果吻合良好。     

椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能分析的三维实体有限元模型,并进行相应的试验,有限元计算与试验所得的荷载-柱中挠度全过程曲线及长柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、材料强度、钢管壁厚及截面尺寸等参数对轴压时长柱极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在1/2柱高处发生侧向挠曲破坏,长细比等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。