复合钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并进行了短柱受轴向荷载作用下的有限元模拟,轴压极限承载力和荷载-变形曲线的数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.受压时,方形和圆形钢管分别对核心混凝土产生约束作用,使得复合钢管混凝土柱具有较好的延性和较高的剩余承载力.基于非线性有限元模型,开展了复合钢管混凝土轴压短柱在不同参数下的受力分析.通过试验和理论分析发现,一定壁厚情况下,随着内部圆钢管直径增大,复合钢管混凝土轴压短柱极限承载力和剩余承载力的变化先增大后减小.     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明：所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。     

早龄期钢管混凝土短柱轴压性能试验与理论分析

为研究早龄期钢管混凝土的轴压性能,对同批次浇筑的钢管混凝土短柱进行不同混凝土龄期下的轴压试验研究,得到不同混凝土龄期下试件荷载-变形曲线和破坏形态.分析了不同龄期下试件的破坏形态、荷载-应变曲线以及极限承载力随龄期的变化规律;在已有混凝土龄期应力-应变关系基础上,将国标GB 50010中成熟期混凝土的本构关系扩展到可以适用早龄期混凝土的情况.结合上述试验建立了早龄期钢管混凝土短柱的轴压有限元模型,并对早龄期圆形和方形钢管混凝土的轴压性能进行分析,结果表明:早龄期钢管混凝土的套箍效应随着龄期的增长而增大,且圆形截面的套箍作用和受力性能明显高于方形截面;在成熟期钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的基础上,通过引入龄期套箍修正系数建立了早龄期钢管混凝土短柱的强度承载力计算公式,并采用均匀设计方法对不同龄期圆形和方形钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了模拟,从而验证了公式的适用性,而且具有较高的准确性.该研究将为钢管混凝土结构的安全施工提供参考.     

钢管混凝土三维非线性梁单元的研究与应用

为研究钢管混凝土构件的力学性能.建立可承受压弯剪(扭)的三维钢管混凝土梁单元,用双线性随动硬化模型模拟外包钢管的本构关系,对核心受拉和受压混凝土采用不同的非线性材料特性.利用自行编制的程序,对各种钢管混凝土构件进行荷载-变形全过程分析,计算结果与试验数据符合较好.     

Behavior of concrete and concrete-filled circular steel tubular stub columns at constant high temperatures

Based on reanalyzing test results of uniaxial compressive behavior of concrete at constant high temperatures in China, with the compressive cube strength of concrete from 20 to 80 MPa, unified formulas for uniaxial compressive strength, elastic modulus, strain at peak uniaxial compression and mathematical expression for unaxial compressive stress-strain relations for the concrete at constant high temperatures were studied. Furthermore, the axial stress-axial strain relations between laterally confined concrete under axial compression and multiaxial stress-strain relations for steel at constant high temperatures were studied. Finally, based on continuum mechanics, the mechanics model for concentric cylinders of circular steel tube with concrete core of entire section loaded at constant high temperatures was established. Applying elasto-plastic analysis method, a FORTRAN program was developed, and the concrete-filled circular steel tubular （CFST） stub colunms at constant high temperatures were analyzed. The analysis results are in agreement with the experiment ones from references.     

钢管混凝土三维非线性梁单元的研究与应用

为研究钢管混凝土构件的力学性能。建立可承受压弯剪（扭）的三维钢管混凝土梁单元，用双线性随动硬化模型模拟外钢管的本构关系，对核心受拉和受压混凝土采用不同的非线性材料特性。利用自行编制的程序，对各种钢管混凝土构件荷载－变形全过程分析，计算结果与试验数据符合较好。     

钢管再生混凝土短柱承载性能有限元分析

为了分析钢管再生混凝土短柱承载性能的影响因素,试验设计了3个不同偏心距的方套方中空夹层钢管再生混凝土短柱进行单调加载,用于验证所建立有限元模型的正确性;并利用得到验证的有限元模型设计了三种截面类型（方套方中空截面、方套圆中空截面、方实心截面）共7个钢管再生混凝土短柱试件,并以偏心距及外钢管壁厚为变化参数,运用ABAQUS建立有限元模型进行静力加载分析。得到了不同偏心距及外钢管壁厚下钢管再生混凝土柱的荷载-轴向位移曲线,分析了偏心距及外钢管壁厚对钢管再生混凝土短柱承载性能的影响。分析结果表明：三种类型中方钢管中空夹层再生混凝土短柱随偏心距减小或外钢管壁厚的增加,其承载性能均有所提高;三种截面类型中,方套方中空夹层试件初期刚度最大,极限承载力最高。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.     

圆钢管RPC轴压短柱有限元分析与承载力计算

圆钢管RPC柱可为大跨、高层与高耸建筑、重载工程建设提供性能优越的竖向构件.现有圆钢管RPC轴压短柱承载力计算公式适用于直径不大于152 mm的钢管RPC柱,对大直径钢管RPC柱,计算值偏大.为研究大直径圆钢管RPC轴压短柱承载力计算公式,利用ABAQUS有限元软件,建立了圆钢管RPC轴压短柱分析模型,完成了134种钢管RPC轴压短柱受力全过程分析,研究了RPC相对约束应力与钢管位移曲线的关系,揭示了套箍系数、核心RPC强度等对其荷载-位移曲线的影响规律.结果表明:当套箍系数小于0.5时,钢管RPC柱荷载-位移曲线不存在强化段;当套箍系数大于0.5时,钢管RPC柱荷载-位移曲线出现强化段;当套箍系数达到1时,强化段极限荷载相对于承载力的提升将超过30%,延性更好.相同截面尺寸的圆钢管RPC柱,随核心RPC轴心抗压强度降低,其横向变形系数增大,钢管对核心RPC的约束作用增强.基于试验和数值分析结果,提出了直径达560 mm圆钢管RPC轴压短柱极限承载力计算公式.     

双钢管混凝土柱轴压承载力的有限元分析

基于混凝土的塑性损伤模型及钢材的塑性流动模型,建立了双钢管混凝土轴压柱有限元模型.在此基础上,对双钢管混凝土轴压短柱的载荷-位移曲线进行了研究,重点分析了内外钢管之间的相互作用机理,影响该组合柱力学性能的主要因素.结果表明,内径大小及厚度的变化,对外径的约束力有明显的影响;同时,外径尺寸的变化对内径的约束力也有影响;试件的承载力随着核心混凝土强度、内外钢管的直径及壁厚的增大而增加.计算结果和试验结果总体上吻合良好.     

受荷方式对钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

采用有限元分析软件DIANA对钢管混凝土轴压短柱进行理论分析,并用试验数据验证了有限元模型、材料参数和分析结果的正确性．在此基础上,分析了三种典型受荷方式和黏结强度对钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响．三种受荷方式为：1)荷载作用在整个截面上;2)荷载作用在钢管截面上;3)荷载作用在混凝土截面上．有限元分析结果和试验结果及他人试验结果吻合较好．研究结果表明,受荷方式对钢管混凝土轴压短柱的力学性能影响较大;当荷载作用在整个截面上时,黏结强度对轴压短柱的力学性能没有影响;当荷载仅作用在混凝土截面上时。黏结强度对轴压短柱的力学性能影响较大．     

CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验,研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响,得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比,CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高,且贴布层数越多,钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式,并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式,该计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土构件受力性能数值研究

分别以钢管混凝土三维有限元法和纤维单元法的应力-应变关系推导出了适于梁单元的应力-应变关系。以这两种方法得到钢管混凝土应力-应变关系,应用于梁单元法进行数值计算,分别对工程中最常出现的钢管混凝土轴压构件及偏压构件进行了计算,并将计算结果与已有的试验结果进行了比较。结果表明:以纤维单元法得到梁单元应力-应变关系在进行钢管混凝土构件数值分析时能取得理想的结果;以三维有限元法得到梁单元应力-应变关系,应用于方截面钢管混凝土构件时计算结果理想,而应用于圆截面钢管混凝土构件时与实验结果相比偏差较大。     

用有限元法分析钢管初应力对钢管混凝土轴压构件基本性能的影响

把钢管混凝土当作一种组合材料，从理论上首次用有限元法分析了钢管初应力对钢管混凝土抗压组合力学性能指标和轴压构件承载力的影响。为了验证理论结果，还完成了一批有和无初应力的轴压构件对比试验，二者之间吻合较好     

双层圆钢管混凝土长柱压扭滞回性能试验

为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明：普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力;与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升;参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利;一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

往复荷载下圆钢管混凝土柱的参数分析

本文采用有限元分析软件ANSYS,对15个圆钢管混凝土柱进行了往复荷载作用下有限元分析,得到了柱的滞回曲线、骨架曲线;并据此来分析了轴压比、含钢率、长细比、钢材强度和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱延性及滞回性能的影响．     

圆形和方形配筋钢管混凝土短柱受压性能比较

为了研究圆形和方形配筋钢管混凝土柱受压性能,对圆形和方形的中空钢管柱、素混凝土钢管柱及配筋钢管混凝土柱共30个试件进行了轴压试验,在混凝土截面积、钢管截面积和钢筋截面积稍有差别的条件下,对圆形和方形柱试件的承载力、变形性能、合成效果以及破坏模式进行了对比分析.结果表明,圆钢管混凝土柱的承载力高,变形性能好,受压性能比方钢管混凝土柱更优越;就破坏模式而言,和圆钢管混凝土柱相比,方钢管混凝土柱对于屈曲变形更为有利.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态．方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析．结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0．5倍的柱宽度．外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40mm时更为明显．外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点．结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核．     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。