不锈钢芯板结构L形柱轴压性能有限元分析

不锈钢芯板结构L形柱是充分利用夹层结构和不锈钢的优点提出的一种新型异形柱结构形式。为研究不同面板厚度、芯管厚度以及芯管间距对不锈钢夹层结构L形柱稳定承载力的影响,分析其破坏形态和屈曲模式,利用有限元软件ABAQUS建立有限元分析模型并对其做轴压荷载下的模拟,分别进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,通过对单一参数变化条件下柱的屈曲模式、变形以及荷载-位移曲线等方面的分析,全面研究这种新型L形柱轴压构件的性能。研究表明:该L形柱的屈曲模式表现为弯曲屈曲,其破坏形态为局部屈曲破坏,随着面板厚度的增加,芯管对面板的约束越来越弱,对其稳定承载力的贡献越来越小,同时发现芯管厚度和芯管间距对其稳定承载力的影响很大。     

不锈钢芯板结构T形柱轴压性能有限元分析

为探究不锈钢芯板结构作为柱或梁的可行性,研究肢长、面板厚度和芯管壁厚对不锈钢芯板T形柱在轴压作用下稳定性的影响,结合已经完成的不锈钢芯板结构侧压试验,通过有限元计算软件ABAQUS对不锈钢芯板T形柱的轴压性能进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。研究表明:T形柱的屈曲模式表现为面板局部屈曲;肢长对稳定承载力有很大影响;随着面板厚度的增大,芯管对面板的约束越来越弱,对其稳定承载力的贡献越来越小;芯管能给面板提供支撑,但芯管壁厚到达一定程度后,厚度的增加对稳定承载力的提升作用不大。     

不锈钢芯板一字形剪力墙抗震性能试验研究

为研究不锈钢芯板一字形剪力墙的抗震性能,完成了在不同轴压比、不同面板厚度以及不同芯管排布下,四个不锈钢芯板一字形剪力墙构件的拟静力试验,研究了构件在低周往复荷载作用下的变形特征和破坏模式,分析了构件在水平荷载作用下滞回曲线、骨架曲线、荷载特征值、延性系数、刚度退化、承载力退化以及耗能能力等抗震性能.试验结果表明:不锈钢芯板一字形剪力墙发生压弯破坏,且破坏形态均表现为构件根部位置的侧板与面板发生局部屈曲;面板厚度越大,承载力越高;当构件面板与侧板厚度相同时,可以保证面板与侧板能够协同工作,有较好的延性以及耗能能力;作为墙体两侧面板的连接件,芯管排布对构件抗震性能影响不大;增大轴压比会抑制面板的鼓曲,但会降低墙身的延性与耗能能力.     

不锈钢芯板结构芯管剪切性能试验研究和有限元模拟

为研究不锈钢芯板结构芯管的剪切性能,对多组不锈钢芯板试件开展试验和有限元模拟,并对两者的结果进行对比。在验证有限元模型可靠性的基础上,对芯管的剪切受力过程和破坏机理进行模拟分析。研究表明:不锈钢芯板结构芯管在剪切作用下的受力过程可以分为三个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段和塑性破坏阶段,芯管破坏的本质是芯管端部受弯导致受压区发生局部屈曲破坏。     

不锈钢芯板结构芯管平压性能的研究分析

不锈钢芯板结构是一种新型的装配式结构体系。为研究不锈钢芯板结构芯管的平压性能,通过对12组合计212根构件不锈钢芯板结构芯管试件的平压试验,得到了不锈钢芯板结构芯管平压强度和平压模量;然后采用有限元分析来模拟试验过程。有限元计算结果与试验结果的对比表明:两者吻合良好,验证了有限元模型的可靠性;而后对芯管的平压性能进行数值分析。试验和理论结果表明:不锈钢芯板结构芯管在平压作用下的受力过程可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;芯管破坏的本质是芯管端部发生局部屈曲破坏;最后给出了此种不锈钢芯板结构芯管平压强度设计值的理论计算式。     

不锈钢芯板三点弯曲力学性能有限元分析

为探究新型不锈钢芯板三点弯曲力学性能,通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,研究不锈钢芯板的破坏形式及弯曲性能的影响因素。结果表明:不锈钢芯板在三点荷载作用下的弯曲曲线可分为弹性、弹塑性和破坏三个阶段;不锈钢芯板的主要失效模式可分为芯管端部剪切破坏、整体弯曲破坏和面板剪切破坏;板的三点弯曲极限承载力受面板厚度、芯管壁厚和芯管直径等因素影响。     

不锈钢芯板一字形墙轴心受压承载力研究

不锈钢芯板一字形墙是由两块不锈钢面板和正交均匀排布的不锈钢芯管组成的一字形截面构件,芯管与面板的连接采用铜钎焊焊接。主要研究不锈钢芯板一字形墙轴心受压时的承载能力,提出了其轴压承载力的计算公式。首先,进行了有限元特征值屈曲分析,得到了计算一字形墙弹性屈曲荷载及相应的正则化高宽比λ_n的算式;通过非线性有限元分析,对面板厚度、高宽比、芯管外径、芯管壁厚以及芯管分布间距等参数变化对不锈钢芯板一字形墙轴压承载力的影响进行分析,得到了轴心受压稳定系数φ,以及进行稳定设计的φ-λ_n曲线;设计了3组不锈钢芯板一字形墙试件,并对其轴压承载力进行了试验研究。试验结果、有限元分析结果和计算结果吻合较好,验证了不锈钢芯板一字形墙轴压承载力计算式的安全性。     

不锈钢芯板一字形墙单向压弯稳定承载力研究

不锈钢芯板一字形墙是由两片不锈钢面板及正交均匀排列的不锈钢芯管组成,芯管与面板之间的连接采用铜钎焊焊接。为研究不锈钢芯板一字形墙的压弯稳定性能,首先,进行了有限元特征值屈曲分析,得到了计算一字形墙弹性屈曲荷载及相应的正则化高宽比λ_n的计算式;通过有限元非线性分析,研究其受力过程和破坏机理,分析了高宽比、面板厚度、芯管外径、芯管壁厚以及芯管分布间距等参数变化对不锈钢芯板一字形墙压弯稳定承载力的影响,得到了轴心受压稳定系数φ_N与纯弯稳定系数φ_M,以及进行稳定设计的φ_N、φ_M-λ_n曲线;建立在可靠的有限元建立方法上,设计了3组不锈钢芯板一字形墙有限元模型,并对其压弯稳定承载力进行了有限元模拟研究。结果表明,计算式计算的构件承载力偏于安全。     

混合强度U形肋加劲钢板受压稳定试验研究

混合强度U形肋加劲钢板是由U形肋和被加劲板采用不同强度组合而成的,用作桥面板,可充分发挥钢材的使用效率、降低工程造价。按不同结构尺寸和不同强度组合的U形肋与被加劲板,设计制作了9个混合强度U形肋加劲钢板试件。在轴向压力作用下,试验得到了这些U形肋加劲钢板试件的破坏模式、稳定承载力以及荷载位移曲线。将试验试件截面的低强钢部分等效为具有初始压应力的等强钢构件,并考虑试件焊接残余应力分布,分析了该加劲钢板失稳破坏机理。试验结果表明,试件整体失稳有被加劲板受弯失稳和U形肋受弯失稳两种,局部屈曲或材料屈服可发生在U形肋的翼缘、U形肋的腹板和被加劲的钢板中。试件两端的转动装置是否被约束对试验结果也有较大影响,有约束情况下,在试件端部附近的U形肋会发生局部屈曲破坏;无约束的情况下,在试件中部区域的加劲肋会发生局部屈曲破坏或试件整体发生弯曲破坏。对于发生整体失稳破坏的试件,结构具有较大的延性,平均应力峰值变化较大;而发生局部失稳破坏的试件,结构破坏具有明显的脆性,其平均应力峰值基本不变。     

不锈钢芯板四边简支单向板挠度计算试验研究及理论分析

不锈钢芯板结构是一种类似于蜂窝板的新型建筑结构体系,这种结构是由上、下面板以及面板之间以一定间距排布的薄壁圆管通过铜钎焊焊接而成。采用试验、有限元分析和理论分析三种方法对不锈钢芯板四边简支单向板的挠度进行研究。理论分析以虚功原理为基础,通过对不锈钢芯板进行力学模型的简化,推导出了不锈钢芯板四边简支单向板在跨中承受集中荷载时的跨中挠度计算式。通过试验结果,对挠度计算式进行了验证。最后,分析了不同参数对于不锈钢芯板四边简支单向板挠度的影响。研究结果表明:基于虚功原理推导出的挠度计算式可以较精确计算出不锈钢芯板四边简支单向板的跨中挠度,此外,芯管的外径、纵向间距和面板的厚度对跨中挠度的影响较大。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

装配式钢-混凝土组合管剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的抗震性能,完成了4个足尺SRCT剪力墙试件的低周反复荷载试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、位移延性、刚度退化和耗能能力等。结果表明：SRCT剪力墙具有良好的承载能力、刚度和延性,表现出良好的抗震性能;随钢板厚度的增大,试件的破坏形态由钢板撕裂屈曲为主转为焊缝破坏为主,预制构件生产制作时需保证薄钢板与型钢连接的焊接质量,避免焊接破坏发生;0.2轴压比作用下,试件的屈服位移角的平均值为0.005 rad,极限位移角为0.013 rad,均高于现行规范限值;拉结筋间距200～250 mm范围内,适当减小拉结筋间距可提高剪力墙的延性及耗能能力。     

圆钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

以偏心距为主要变化参数,对6个圆钢管再生混凝土长柱进行了偏心受压单调加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,分析了荷载-轴向位移曲线、荷载-纵向应变曲线以及延性,并研究了偏心距对试件承载力的影响。结果表明：圆钢管再生混凝土长柱在偏心荷载作用下,先后经历了弹性阶段、弹塑性阶段和承载力下降阶段,具有较好的延性,其破坏主要表现为钢管壁屈曲而导致试件整体失稳破坏;试件的承载力以及纵向变形随着偏心距的增加而降低;建议采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)进行圆钢管再生混凝土偏压长柱的承载力计算。     

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前（约为极限荷载的63%）发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。     

螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土轴压短柱试验研究

为了研究螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的受力性能,设计了20个试件进行轴压试验,包含12个螺旋箍筋PVC管联合约束短柱试件、7个单纯PVC管约束短柱试件和1个普通钢筋混凝土短柱对比试件。试验考虑了约束核心区面积比、螺旋箍筋直径和间距、纵向钢筋直径以及方形箍筋间距等变化参数。通过试验观察了试件的受力过程与形态,获取其轴向荷载-位移曲线、极限承载力、延性系数、耗能因子等数据,并分析了核心区面积比、螺旋箍筋直径及间距、纵向钢筋直径、方形箍筋间距等参数对试件轴压性能的影响规律。研究结果表明:单纯PVC管约束混凝土短柱及螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的破坏过程和形态与普通钢筋混凝土短柱相似。与普通钢筋混凝土短柱相比,单纯PVC管约束的混凝土短柱的极限承载力更低,但延性及耗能能力有所增加。对于螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱而言,加密螺旋箍筋间距可以显著提高其极限承载力,但会削弱试件的延性及耗能能力;增大螺旋箍筋直径,能够略微提高试件延性及耗能能力,对极限承载力影响不大;增大螺旋箍筋PVC管核心区面积比,可以增大试件的极限承载力,但会降低其延性及耗能能力;与普通钢筋混凝土相似,增大纵向钢筋直径或加密方形箍筋间距,均能提高试件的承载能力、延性及耗能能力。     

管板连接轴心受压构件极限承载力试验研究

对5个管板连接构件进行了受压极限承载力试验研究和非线性有限元分析。试验表明,未补强的试件GPC-1,GPC-3和用钢板补强的试件GPC-4,GPC-5的破坏模式均为试件的整体失稳,用焊接空心球补强的试件GPC-2的破坏模式为钢管的局部屈曲。试验结果与有限元计算结果基本吻合。实际工程中应用管板连接构件作为受压构件时,必须加强构件弱轴的刚度,以避免整体失稳破坏,而采用焊接空心球补强是一种有效的方法。     

非对称夹芯板隔声量的解析计算模型及影响因素

提出了一种计算上下面板非对称的三明治夹芯板隔声性能的方法。通过对非对称夹芯梁表观抗弯曲刚度的计算,得到对应夹芯板随频率变化的表观抗弯刚度,代入4阶的控制方程,应用模态展开法可以方便地计算简支非对称夹芯板的隔声量。对4种定制的3层非对称碳纤维夹芯板进行了理论计算和实验测试对比,在频率范围100～3150 Hz内,计权隔声量误差在3 dB以内。着重分析了面板对称性、芯层剪切模量对隔声性能的影响,发现在夹芯板面密度一定时,芯层剪切模量对夹芯板的隔声性能影响最为显著。当芯层剪切模量较小时,上下面板非对称分布导致吻合频率显著降低,对夹芯板的整体隔声亦不利。     

新型双铝合金板装配式屈曲约束支撑有限元分析

提出了一种新型双铝合金板装配式屈曲约束支撑(DPALB),并应用ABAQUS软件对其性能进行有限元分析,考察螺栓间距、芯板与约束板间间隙、芯板开孔率等因素对支撑性能的影响。分析结果表明:螺栓间距过大会导致支撑部件应力较大、外约束板也容易出现局部失稳;芯板与约束板间间隙过小,核心单元容易发生强轴方向的弯曲,间隙过大会导致支撑承载力下降甚至丧失;支撑耗能性能随着核心单元横向开孔率的减小而提高,当核心单元纵向开孔率不大于40%时,支撑性能随着核心单元纵向开孔率的增加而提高。     

设置C形连接件的双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

提出一种设置C形连接件的新型双钢板-混凝土组合剪力墙。为研究此类组合墙的抗震性能,设计并完成了6片高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的低周反复水平荷载试验。对试件的破坏现象、承载能力、轴压比、滞回曲线、骨架曲线、变形能力、位移延性系数及耗能能力进行了分析研究。试验结果表明:C形连接件可以有效地限制两侧钢面板的屈曲;在屈服阶段,试件的屈曲主要出现在端柱底部和墙身底部。试件的最终破坏形态为端柱脚部断裂;结构具有较高的承载力。组合墙正截面压弯承载力理论计算值与试验值吻合良好;试件的滞回曲线饱满,具有良好的延性及耗能能力,试件破坏时的平均极限位移角为1/52,位移延性系数为2. 49～3. 55。     

不锈钢带箍增强玻璃纤维编织缠绕管约束混凝土短柱轴压性能研究

设计制作不锈钢带箍增强玻璃纤维编织缠绕管（PSSH-BWFRP）约束混凝土柱,分析了不锈钢带箍间距和预应力水平对PSSH-BWFRP约束混凝土柱的承载力、峰值位移和延性的影响规律。结果表明：PSSH-BWFRP约束混凝土短柱试件都是因不锈钢带箍之间的玻璃纤维局部断裂,随后碎裂压溃的混凝土从断裂处涌出而破坏;不锈钢带箍间距对承载力和延性影响较大,承载力和延性随着不锈钢带箍间距减小而增大,而预应力水平对承载力和延性影响很小;不锈钢带箍间距和预应力水平对峰值位移影响均很小;过高的预应力水平对承载力、峰值位移和延性反而不利,建议预应力水平控制在0.35为宜。