工程竹结构设计非弹性方法综述

工程竹顺纹受压极限状态存在显著的非弹性响应,采用线弹性理论计算工程竹受弯与偏心受压构件强度会导致其极限承载力被严重低估.因此,工程竹顺纹应力-应变关系的非弹性特点对工程竹构件的极限承载力与变形影响不可忽略.系统总结了工程竹基本力学性能、工程竹受弯构件和压弯构件非弹性分析等方面的研究成果,列出了受弯构件和压弯构件极限承载力计算的主要公式.不同于现行规范中的强度校核公式,公式考虑了材料受压非线性,可用于计算构件极限承载力,为进一步给出受弯构件、压弯构件承载力实用计算公式提供了依据.     

冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴偏心受压构件承载力试验研究

为研究C型冷弯薄壁型钢压弯构件稳定性能,特别是其畸变屈曲性能,设计了38个冷弯薄壁卷边槽钢(C型钢)绕弱轴偏心受压短柱和中长柱试件,对其进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力和变形性能。研究结果表明:正偏心受压试件的破坏主要由畸变屈曲模式控制,而典型的负偏心受压试件的破坏则主要受局部屈曲控制。对于中长柱试件,破坏还包含与整体屈曲的相关屈曲特征。正偏心受压试件承载力随腹板高厚比的增加而提高,而负偏心受压试件则呈现相反的规律。将试验结果和其他已有的试验研究数据与按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和北美(加拿大)规范S 136-12计算的试件承载力进行了对比,结果表明:对于负偏心受压构件,当应力不均匀系数ζ(截面上最小应力与最大应力的比值)趋于0并偏向负值(偏心距较大)时,随着ζ的减小,GB 50018—2002计算值与试验值的误差呈现逐渐增大的趋势,明显偏于不安全,当ζ≥-1.6时,按S 136-12对构件承载力的预估偏于安全;对于正偏心受压构件,当ζ≥-0.2时,GB 50018—2002和S 136-12对构件承载力的预估在多数情况下偏于保守,但其计算值离散性较大。     

冷弯开口薄壁帽型截面受压钢构件压弯承载力的研究

对冷弯开口薄壁帽型截面受压构件的压弯极限承载力进行了分析研究,主要考虑构件长细比、荷载偏心距和构件初弯曲对压弯极限承载力的影响。利用MATLAB7.0.1和ANSYS10.0计算得到受压构件基于截面边缘纤维屈服准则的临界荷载和弹性弯扭屈曲荷载,进而利用ANSYS10.0对受压构件的弹塑性极限荷载进行了计算。通过对三种不同的计算方法得到的极限荷载进行比较,分析了冷弯开口薄壁帽型截面受压构件压弯极限承载力的计算方法。结论中评价了单轴对称截面压弯构件的设计公式。研究表明,该设计公式具有一定的安全储备,满足设计要求。     

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。     

盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态，当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变，导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点，设计小偏心加载的锈蚀试验柱，等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态，分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重，试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快，最大锈蚀率达到68.32%时，承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析，提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法，通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。     

混凝土偏压构件极限承载力的非线性理论分析计算

根据混产土材料的非线性的应力－应变关系，采用非线性分析计算的方法，对矩形、圆形截面的混凝土偏心受压构件的极限承载力做了理论分析与计算，建立了荷载偏心对构件承载力影响折减系数的计算方法。     

配筋砼小型空心砌块砌体结构设计

本文介绍了配筋砌块砌体结构构件轴心受压承载力、轴心受拉构件的承载力、受弯构件的承载力、结构偏心受压构件的承载力、受弯构件的抗剪计算方法。     

冷弯薄壁型钢—重组竹组合柱偏心受压有限元分析

采用实用有限元分析软件ANSYS,对冷弯薄壁方钢管—重组竹组合柱进行偏心受压性能的有限元分析。通过选取材料本构关系,完成建立模型,设定边界条件,求解得到组合柱极限承载力。用此建模方法通过改变试件的长度、冷弯薄壁型钢的厚度、重组竹板厚度,可以计算实验室无法满足条件下柱的承载力,并对影响承载力的因素进行分析。结果表明:偏心距和长细比对于冷弯薄壁型钢—重组竹偏心受压构件具有重大影响,两种因素相比较而言,长细比的影响略小一些。     

槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙压弯承载力研究

为研究槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙压弯承载力的计算方法,分析无粘结钢筋“应变滞后”引起的变形区段、受拉钢筋应力和相对界限受压区高度的变化,考虑该变化提出了槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙的压弯承载力计算公式,并根据槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙的低周反复试验进行了验证,结果表明,试验值与理论值吻合较好。分析无粘结度和无粘结长度对压弯承载力的影响,结果表明,大偏心受压时,无粘结度对承载力影响较小,小偏心受压和界限状态时,无粘结度越小,承载力越大;无粘结长度对承载力影响较小,可忽略。对槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙和现浇剪力墙的抗震性能进行对比,结果表明,槽口-无粘结水平接缝预制剪力墙具有较高的延性及耗能能力,槽口使接缝处无滑移。本研究提出了一种设置普通钢筋无粘结段的预制剪力墙压弯承载力的计算方法,期望能为工程应用提供参考。     

圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

分别进行了十四个轴心受压构件和十二个偏心受压构件的试验研究 ,二种构件的试验参数分别为钢管径厚比和空心率 ,构件长细比和偏心率。在确定组成圆中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件的荷载 -变形关系进行了全过程分析 ,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上 ,提供了圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件承载力实用验算方法。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土轴压短柱试验研究

通过10根PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱轴压试验,分析CFRP条带环箍间距和轴向配筋等因素对PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱承载力、变形以及破坏形态的影响。试验研究表明：与无筋试件相比,配筋率为1.8%的配筋试件的承载力和轴向极限压应变分别提高约24%和16%;随着CFRP条带环箍间距的增大,配筋试件的承载力和轴向极限压应变逐渐减小;配筋试件破坏时,试件中部多条CFRP条带拉断并伴随纵向钢筋压屈。PVC-CFRP管钢筋混凝土的应力-应变关系曲线可以分为三段：第一段的应力-应变关系曲线为抛物线;第二段为曲线过渡段;第三段为强化段,配筋试件的应力和应变一直处于递增状态,与无筋试件相比,配筋试件强化段斜率较大。根据静力平衡条件和极限平衡条件,推导出PVC-FRP管混凝土柱承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好。     

钢管混凝土偏压格构柱偏心率影响试验研究

进行了5根钢管混凝土格构柱和2根空钢管格构柱偏心受压试验,试验参数为偏心率。试验研究结果表明,随着偏心率的增加,格构柱的极限承载力逐渐降低。所有试件的近载侧柱肢始终处于小偏压状态,远载侧柱肢随试件整体偏心率的增大而由小偏压发展为大偏压状态。与空钢管格构柱相比,钢管混凝土格构柱的承载力、刚度和变形能力均较大。进行了偏心率对钢管混凝土格构柱极限承载力的影响分析。最后,对钢管混凝土设计规程的计算方法进行了探讨。     

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。     

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。     

Experimental and Analytical Study of Eccentrically Braced Frames Combined with High-Strength Steel

In the structure of high-strength steel composite eccentrically braced steel frames (HSS–EBFs), the links and braces are made of Q345 steel, while the non-energy-dissipation segments (columns and beams) are made of high-strength steel (HSS). HSS reduces the cross-section of the members and increases the economic efficiency. Here, four groups of K-HSS–EBFs are designed by performance-based plastic design method in this paper, which includes 5-storey, 10-storey, 15-storey and 20-storey, and each group contain four different link length (900, 1000, 1100 and 1200 mm). The cyclic test loading was applied to 1:2 scale three-storey K-type HSS–EBFs (K-HSS–EBFs) with shear links to investigate their seismic performance. The results indicate that the as-prepared K-HSS–EBF structure exhibits excellent bearing capacity, ductility, and energy dissipation. We also find that the fracture of the link web in the second storey led to the degradation of the load-carrying capacity. The non-designated yield members remained in the elastic stage, whereas the links ultimately experience inelastic rotations, and thus dissipate the energy in the K-HSS–EBFs. Moreover, nonlinear pushover analyses and nonlinear dynamic analyses are conducted, and the loading capacity, link rotations, ductility, interstory drifts and failure mode under rare earthquake of all models are compared. The results indicate that K-HSS–EBFs with different link length have similar deformation characteristic and failure mode under pushover analysis or rare earthquakes, and the interstory drifts, link rotations and ductility of HSS–EBFs are increased with rising the link length.     

Instability behavior and application of prismatic multi-tube latticed steel column

Multi-tube latticed steel columns without diagonal tubes and the ones with diagonal tubes are two common types of prismatic latticed columns used nowadays. Instability behavior of prismatic multi-tube latticed steel columns is studied in this paper. The focus on the problem is based on the derivation of shear stiffness for multi-tube latticed steel columns. Formulas are established to express the elastic buckling loads as well as the modified slenderness ratios, in which the effect of shear deformation is taken into account. Cases are analyzed via finite element method ANSYS to calculate the ultimate load-carrying capacity of the latticed columns for comparison with the design method in different design codes for compressive members. Formulas to estimate the design resistance for axial compressive prismatic multi-tube latticed steel columns are proposed and detailed design suggestions for the component steel tubes are presented as well.     

A study on the behavior of eccentrically compressed square concrete-filled steel tube columns

In this study the bending moment-axial force-curvature (M-N-Φ) relation for eccentrically compressed square CFT columns is obtained by basic analysis of mechanics which takes into account the effect of residual stress of steel and non-linearity of concrete and steel. This study presents a simplified analytical method for predicting the ultimate strength of eccentrically compressed square concrete filled steel tube (CFT) columns based on the collapse theory. The proposed method can also be used in the prediction of ultimate strength of axially compressed columns with initial imperfections as they are treated as equivalent slightly eccentrically compressed columns. The results obtained by the proposed method agree well with the experiments.     

莱钢产轧制H型钢构件受力性能的理论与试验研究(Ⅳ)H型钢构件轴心受力性能的理论分析

对国产轧制H型钢截面构件进行了轴心受压承载力的理论研究。通过有限元方法 ,对国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力进行了弹塑性和几何非线性的有限单元法理论分析 ,同时考虑了热轧型钢的残余应力和构件的初始缺陷。计算了 114根国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力 ,得出国产轧制H型钢轴心受压构件极限承载力的主要公式。提出了便于设计人员应用的轴心受压修正公式。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

箱形钢柱受力性能分析及抗震设计建议

基于箱形钢柱拟静力试验,通过有限元分析,研究腹板宽厚比、构件轴压比及平面外长细比、柱顶弯矩等因素对偏压箱形钢柱抗震性能的影响。研究结果表明：腹板宽厚比和平面外长细比对箱形钢柱抗震性能影响较大,随着腹板宽厚比、平面外长细比的增大,箱形钢柱延性和承载力均有所减小,抗震性能变差;柱顶弯矩使箱形钢柱的正向延性增大,而降低其反向延性,柱顶弯矩对箱形钢柱抗震性能的影响相对较小。在此基础上,对箱形钢构件提出与受力状态相关联的腹板宽厚比、平面外长细比限值建议。引入箱形钢柱位移角概念,进而提出大跨度空间钢结构的构件抗震等级划分方法。并给出箱形钢构件腹板宽厚比、构件平面外长细比的抗震验算流程。