全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究

采用有限元方法对全加劲两侧开缝钢板剪力墙在面内水平荷载作用下的弹性屈曲临界荷载、屈曲模态进行了研究。对影响其弹性屈曲性能的参数进行了分析,包括两侧和中部加劲肋与墙板的刚度比、两侧和中部加劲肋宽厚比以及墙板高厚比和边长比。给出了全加劲两侧开缝钢板剪力墙加劲肋的弹性屈曲设计参考公式,为开缝钢板剪力墙的应用提供依据。     

带肋方钢管混凝土短柱性能研究

文章进行了1根无肋和5根带肋方钢管混凝土柱的轴压试验,通过改变试件的截面形式对试件的荷载-位移曲线、极限承载力等方面进行研究。结果表明,在含钢率不变的前提下,设置加劲肋的方钢管混凝土的极限承载力低于无肋方钢管混凝土,该试验设置的纵向加劲肋在一定范围内能够改善方钢管混凝土短柱的延性性能。     

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。     

设置加劲肋的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究设置加劲肋的双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对5个试验轴压比为0.4的模型试件进行了恒轴力下的拟静力试验。通过改变加劲肋、中部钢管混凝土暗柱的布置形式,研究该组合剪力墙在水平反复荷载作用下的破坏机理、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明：试件破坏时底部墙体钢板均发生了屈曲,呈现典型的压弯破坏特征;试件具有良好的延性和耗能能力;在双层钢板-混凝土组合剪力墙中仅设置纵向加劲肋对承载力提高不明显,仅设置横向加劲肋可以略提高试件的承载力,而双向加劲肋的设置将较明显提高试件的承载力;在双层钢板-混凝土组合剪力墙中部增设钢管混凝土暗柱可以较为明显地改善试件的承载力与延性。     

交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲研究

用有限元方法对交叉加劲钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行了研究,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比等对弹性屈曲系数k的影响,同时与十字加劲板的抗剪屈曲性能进行了对比。研究结果表明,设置交叉加劲肋能显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载;屈曲系数k随着墙板边长比、高厚比以及加劲肋宽厚比的增大而趋于减小;本文给出的交叉加劲板弹性屈曲系数k的计算公式与有限元法的结果较吻合。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

“日”字形截面FRP拉挤型材屈曲性能的研究

文章对“日”字形截面FRP拉挤型材在弯曲荷载作用下的屈曲进行有限元分析,首先对比分析有无加劲肋对屈曲性能的影响,然后以“日”字形截面FRP拉挤型材的翼缘宽厚比、腹板高厚比和截面中心加劲肋距截面中性轴高度为主要变化参数,分析3种参数对“日”字形截面FRP拉挤型材屈曲性能的影响。研究结果表明,设置纵向加劲肋后,屈曲荷载提高36.2%。当翼缘宽厚比≤18.5时,屈曲模式从开始的局部屈曲转向整体屈曲,高厚比≤11.1时为整体屈曲。随着截面中心加劲肋距截面中性轴高度的增加,屈曲荷载先增加后减小再增加,但是与改变结构厚度相比,改变中心截面纵向加劲肋高度对屈曲性能的影响较小。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

竖向荷载下加劲钢板剪力墙力学性能研究

对加劲钢板剪力墙试件在有限竖向荷载作用下进行了单向推覆加载试验,进行了力学性能研究,结果表明十字加劲钢板墙有很高的极限承载力和初始抗侧刚度,加劲肋能很好的抑制板的面外位移,竖向加劲肋的受力明显大于水平加劲肋。有限元分析表明,十字加劲肋能有效提高钢板墙的极限承载力和初始抗侧刚度;较小的竖向荷载对钢板墙的受力性能影响不大。     

加劲钢板剪力墙抗剪性能分析

利用ANSYS有限元软件对交叉加劲钢板剪力墙的抗剪性能进行了研究,重点分析了肋板刚度比和加劲肋宽厚比对剪力墙荷载—位移曲线的影响。研究表明,设置交叉加劲肋能够显著提高钢板剪力墙的承载能力;肋板刚度比对于厚板和薄板抗剪性能的影响不同,对薄板的影响大于厚板;然而无论是厚板还是薄板,加劲肋宽厚比对于墙板荷载—位移曲线的影响都很小。     

冷弯薄壁复杂卷边槽钢轴压固支构件稳定性能分析

为研究复杂卷边槽钢轴压固支构件的稳定性能,选取不同的翼缘宽厚比、截面形式、构件长度、卷边长度等几何参数,对共计292个构件进行非线性有限元分析,研究上述参数对复杂卷边槽钢固支构件稳定性能的影响。结果表明:固支构件较易发生畸变屈曲,翼缘宽厚比较大时,构件的整体失稳模式多为弯扭屈曲。构件的极限承载力随着翼缘宽厚比、构件长细比的增大而减小,卷边对构件承载效率的影响随翼缘宽厚比的不同而呈现两种不同的规律。     

FEA on hysteretic behavior of concrete-filled round-ended stainless steel tubular bridge piers

为研究圆端形不锈钢管混凝土桥墩的滞回性能,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了圆端形不锈钢管混凝土桥墩的精细化模型,对比研究其与圆端形普通钢管混凝土桥墩受力性能的差异,并对影响其滞回性能的主要因素进行参数分析。研究发现：采用不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土桥墩承载力相当,但由于不锈钢存在较为显著的应变强化现象,前者的荷载-位移曲线下降更为平缓,圆端形不锈钢管在加载后期仍能对核心混凝土提供较好的约束作用;随截面长宽比增加,圆端形不锈钢管混凝土桥墩的水平承载力明显增加,但位移延性明显下降;随含钢率增加,桥墩的抗侧刚度、水平承载力、位移延性均明显增加;随轴压比增加,桥墩水平承载力略有降低,而位移延性明显下降;而核心混凝土强度对桥墩的滞回性能影响有限。     

火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱承载力分析

对带肋薄壁方钢管混凝土柱在火灾下的承载力进行了分析,考察了各重要参数对构件承载力影响系数的影响。结果表明:在火灾作用下,带肋薄壁方钢管混凝土柱的承载力损失较为严重,在一定参数范围内,截面尺寸、构件长细比和防火保护层厚度对火灾下构件承载力影响系数的影响较大,荷载偏心率、截面含钢率的影响次之,钢管屈服强度、加劲肋屈服强度、混凝土抗压强度的影响较小,加劲肋宽厚比在荷载比≤0.3且宽厚比≤25的情况下有一定影响。在构件外表面采用防火保护能有效提高耐火极限,而且厚涂型钢结构防火涂料的效果明显优于水泥砂浆保护层。     

Seismic performance of new-type box steel bridge piers with embedded energy-dissipating shell plates under tri-directional seismic coupling action

Accurate numerical models are necessary to evaluate the seismic performance and load-bearing mechanism of new-type box steel bridge piers with embedded energy-dissipating shell plates under tri-directional seismic coupling action. Numerical simulations of seismic performance under six types of tri-directional seismic coupling action was conducted. The effects of this stress on the seismic performance of the new-type steel bridge piers was evaluated through analysis of damage mode, hysteresis curve, skeleton curve, stiffness and strength degradation characteristic, and energy-dissipating capacity. This study also compared the numerical analysis with experimental results in order to validate the accuracy of the proposed finite element model. Based on this model, the range of relevant parameters expanded and 88 numerical specimens were analysed for seismic performance, producing further information about the influence of thickness and curvature of the embedded shell plate, spacing of transverse stiffening ribs of the shell, axial compression ratio, and slenderness ratio. Results showed that tri-directional seismic coupling action significantly affects the specimen’s deformation capacity; the embedded shell plate effectively improves the piers’ load-carrying and deformation capacity; and the thickness of the embedded shell plate, width-to-thickness ratio of the wall plate, axial compression ratio, and slenderness ratio significantly affect the seismic performance of the new-type steel bridge piers. To promote the ease of seismic design of new-type box steel bridge piers, this study used theoretical analysis and numerical simulation to calculate equations for the minimum height of the energy-dissipating zone of the bottom embedded shell plate. Finally, formulas were also established to calculate the relevant stability bearing capacity and displacement ductility factor of the new-type steel bridge piers under tri-directional seismic coupling action in order to improve their seismic design.     

Numerical investigations on dynamic performance of stiffened box steel bridge piers

The aim of this paper is to carry out extensive numerical investigations about the effect of various structural parameters on the dynamic performance of stiffened box steel bridge pier under a strong earthquake ground motion. The considered structural parameters are the local slenderness ratios of stiffener and stiffened wall as well as the global slenderness ratio of the pier. In the present study, all investigated piers are made of high tensile steel with high yield ratio. The non-linear time history analyses are carried out using in-house Finite Element Program DYNAPSS, recently developed by the first author. This program is verified by comparing its results with the results obtained by the general FE program. In this program, the geometrical nonlinearity is considered on the bases of Total Lagrangian formulation, while the non-linearity of structural steel material is considered through implementation of modified multisurface cyclic plasticity model by which real characteristics of high tensile steel material such as, Plateau, Massing type of Bauschinger??s effect, disappearing of Plateau and cyclic strain hardening, are accurately modeled. The results are closely examined in respect with the damage index criterion. From this study, it is found that the increase in slenderness ratios of stiffener does not only increase the damage index, but also may lead to the full collapse. Furthermore, the damage index increases with the increase of local slenderness ratio of stiffened wall and the global slenderness ratio. Also, it is found that when the loacal buckling is not the dominant eigen mode and the pier behave as a single degree of freedom, the natural period has destructive effects when it is close to predominant period of the earthquake. Finally, contour plots of damage index values are presented. These contour plots may be greatly useful for the design of stiffened box steel bridge piers, where, critical values of structural parameters corresponding to certain value of damage index could be determined.     

双槽钢缀板柱绕虚轴的滞回性能试验研究

为研究双槽钢缀板柱绕虚轴的抗震性能,对6个双槽钢缀板柱足尺试件进行水平往复荷载试验研究,分析了单肢长细比、缀板线刚度、轴压比、加劲肋设置等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力及延性的影响。试验结果表明：按GB 50017—2017《钢结构设计标准》设计的双槽钢缀板柱在绕虚轴往复荷载作用下不能达到设计塑性受弯承载力,减小单肢长细比,可显著提高构件塑性抗弯承载力及初始刚度,当单肢长细比为20时,构件绕虚轴受弯承载力可达到规范相关要求;在满足规范要求的情况下,缀板及其连接焊缝未发生破坏,但提高缀板线刚度对构件绕虚轴的抗震性能影响较小;轴压比对构件抗震性能影响显著,随着轴压比增大,构件抗震性能降低;在构件塑性铰区设置加劲肋,可有效防止该区域板件的局部屈曲,提高构件的承载力、延性及耗能能力,缓解承载力及刚度退化,但塑性铰区转移至第二与第三块缀板间,试件破坏模式为单肢失稳。     

套管加固圆钢管轴心受压性能试验研究

为研究圆钢管负荷下套管加固后的轴心受压性能,对5根钢管和7根套管加固钢管进行了单调加载静力试验。对钢管的破坏特征、荷载 位移曲线、刚度、延性和承载能力及截面应变发展规律进行了分析,研究了长细比、初应力比、径厚比对套管加固钢管受压性能的影响。结果表明：套管加固轴心受压圆钢管能够有效提高钢管构件的刚度、屈服承载力和稳定承载力;套管加固钢管的最终破坏形式未因加固而发生改变;长细比越大,负载钢管加固后刚度、承载能力提高越显著;负载钢管加固后承载能力随初应力比增大而降低,且当初应力比大于0.4时,下降增快;径厚比越大,负载钢管加固后承载能力越低。     

Seismic behavior of L-shaped concrete-filled steel tubular columns with reinforcement stiffeners

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合OpenSees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。     

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。