强约束轴心受压钢管柱耐火性能试验研究

为正确评估强约束钢管柱的耐火性能,利用自行研制的杆系结构构件温度轴力测量装置,采用恒载升温试验方法,设5级初应力水平,6种长细比,对30根Q345钢管柱进行试验研究,揭示轴心受压钢管柱在强约束下的耐火性能。试验结果表明:强约束钢管柱在温升作用下的温度应力相当大,对钢管柱破坏有决定性作用,在耐火设计与评估中必须考虑。钢管柱在高温作用下,破坏前其弹塑性性质较为明显。相同长细比的构件,在较高的初始应力水平作用下,极限承载力大、温度应力小、临界温度低;反之相反。在相同初应力水平下,长细比对强约束钢管柱的极限承载力和温度应力的影响并不敏感,但长细比大的试件为失稳破坏,破坏后变形很大;长细比较小的试件为强度破坏,破坏后变形较小。以试验数据为基础给出两端固定Q345钢管柱的下限临界温度回归计算公式,可用于火灾中约束刚度不变的钢结构耐火设计与评估。     

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。     

全钢装配式屈曲约束支撑有限元分析及试验对比

基于Q195全钢装配式屈曲约束支撑抗震性能试验的研究成果,采用ABAQUS有限元软件对试验构件进行数值分析,对屈曲约束支撑芯材采用金属双线性随动硬化模型,得到的有限元分析结果与试验结果接近。最后通过改变屈曲约束支撑的间厚比、宽厚比、材性和长细比,研究其对全钢装配式屈曲约束支撑耗能性能的影响,分析结果表明:随着芯材间厚比的增加,试件荷载-位移曲线振荡加剧;随着芯材宽厚比的增大,试件进入塑性后的荷载-位移曲线越平缓;以Q195钢为芯材的屈曲约束支撑滞回性能比Q235B钢好;随着芯材弱轴方向长细比的增大,试件的刚度在弹性段和塑性段均减小。     

约束PEC柱轴力变化规律及影响因素

为考察火灾下相邻构件约束对PEC柱轴力的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱的数值分析模型,并用试验数据验证该模型.应用模型分析火灾荷载比、轴向/转动约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱轴力变化系数的影响规律.分析表明:约束导致柱轴力出现不同程度的增长;轴向约束刚度比、偏心率越大,轴力变化系数的峰值越大;荷载比越大,轴力变化系数的峰值越小;长细比、转动约束刚度比对轴力变化系数影响较小.     

侧向冲击下不同长细比薄壁方钢管-砂卵石柱动力响应分析

以长细比为变量开展了薄壁方钢管-砂卵石柱侧向冲击试验,分析了冲击力时程曲线、试件的破坏形态以及残余变形量,并结合损伤评估准则分析了长细比与柱损伤度的关系.结果表明:在侧向冲击荷载作用下,各试件的波动段平台值和作用时间有显著的差异,长细比越大,平台值越小,作用时间越长;在竖向荷载作用下,试件损伤度随着长细比增大而呈现先增...     

碳纤维增强复合材料约束钢管混凝土圆柱抗爆性能的数值模拟分析

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)约束钢管混凝土圆柱的抗爆性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对11根圆柱试件在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟分析,主要考虑了CFRP粘贴层数、钢管壁厚、炸药量和长细比等影响因素。分析结果表明:与钢管混凝土圆柱相比,CFRP约束钢管混凝土圆柱的跨中最大位移明显减小,抗侧刚度和抗爆能力得到明显提高;在一定参数范围内,CFRP约束钢管混凝土圆柱试件的抗侧刚度和抗爆能力随着CFRP粘贴层数或钢管壁厚的增加而提高;炸药量或长细比越大,试件的跨中侧向位移越大,破坏越严重。     

SRPE套管约束混凝土短柱轴压性能试验

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土桥梁墩柱的腐蚀问题,提出一种新型组合结构“钢骨架聚乙烯塑料复合材料(SRPE)套管约束混凝土柱”,该新型组合结构能够彻底隔离墩柱与各种腐蚀性离子的接触。为研究其轴心受压力学性能,对12个SRPE套管约束混凝土短柱试件及3个素混凝土短柱试件进行了轴心受压试验,分析了混凝土强度等级、SRPE套管环向约束应力和膨胀剂对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和初始压缩刚度的影响规律。根据SRPE套管环向约束应力计算方法和约束混凝土短柱抗压强度计算公式,建立了SRPE套管约束混凝土短柱轴心抗压强度计算方法。结果表明:SRPE套管约束混凝土短柱的最终破坏形态均为核心混凝土发生斜剪破坏,且随着SRPE套管环向约束应力的增高,试件的剪斜变形角逐渐减小; 试件混凝土强度等级越高,其荷载-位移曲线的峰值荷载越大,下降段更陡峭,试件的脆性越大; SRPE套管能够明显提高试件的承载力、峰值变形及延性,且随着SRPE套管环向约束应力的增大,试件各项力学性能均呈逐渐上升趋势; 提高混凝土强度等级,试件的承载力提高,但峰值变形和延性有所降低; 掺入膨胀剂(质量分数10%)使试件的承载力降低,而峰值变形、初始压缩刚度及延性则稍有提高; 所建立的轴心抗压承载力计算方法可为工程实践提供参考。     

截面温度不均匀受约束钢柱抗火性能试验研究与有限元分析

截面温度不均匀钢柱火灾下将发生热弯曲及扭转屈曲破坏,同时对热变形的约束导致钢柱内在升温阶段产生附加压力,在降温阶段出现附加拉力。分别考虑3种约束刚度比和3种截面温度分布形式,进行了9根受约束钢柱的抗火试验,量测了受约束钢柱达到最大轴力时的温度（屈曲温度）、轴力恢复至初始荷载对应的温度（临界温度）及破坏温度,研究其在火灾升温和降温阶段的受力性能、破坏特征。试验结果表明,截面温度不均匀导致钢柱在绕截面对称轴弯曲时同时发生扭转;约束刚度比越大,钢柱的屈曲温度越低,破坏温度与屈曲温度之差越大;截面温差越大,钢柱屈曲温度和破坏温度越高。同时对试验钢柱进行了有限元分析,分析结果与试验结果基本一致,验证了所建立的有限元分析模型的正确性。     

7A04-T6铝合金圆管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金圆管柱的抗震性能,对4个试件进行低周反复荷载试验,考察轴压比对7A04-T6铝合金圆管柱的抗震性能的影响。建立相应的有限元模型,进行参数化分析,提出7A04-T6铝合金圆管柱骨架曲线的理论模型。研究结果表明轴压比是影响试件水平承载力和抗震性能的重要因素,轴压比越大试件水平承载力越低,抗震性能越差;长细比是影响试件水平承载力和抗震性能的重要因素,长细比越大模型弹性阶段的刚度越小,水平位移越大,水平极限承载力越低,屈服后的下降阶段强度刚度退化速度越快,延性和耗能能力越差。骨架曲线的理论模型能很好地拟合试验结果。     

高温下1770级φP5钢丝蠕变及应力松弛性能试验研究

鉴于高温下预应力钢丝蠕变、应力松弛及温度膨胀性能是影响预应力结构抗火性能的重要因素,以1770级低松弛预应力钢丝为对象开展了研究工作。完成了25个钢丝试件的高温蠕变试验,得到钢丝高温蠕变应变与时间的关系曲线,建立起钢丝高温蠕变应变计算公式,揭示出蠕变应变随温度升高、应力水平增长及蠕变时间延长而增大的规律;提出考虑高温蠕变影响的钢丝持久极限强度计算公式,揭示了高温下钢丝持久强度与高温下极限强度的差值随温度升高而增大的规律。完成了26个钢丝试件的高温下应力松弛试验,得到高温下钢丝应力松弛与时间的关系曲线,建立高温下钢丝应力松弛的计算公式,揭示了钢丝初应力越大,所受温度越高,松弛时间越长,应力松弛值越大的规律。完成1个钢丝试件的高温下温度膨胀试验,得到钢丝膨胀应变随温度升高而增长的规律,初步提出钢丝高温膨胀应变计算公式。     

方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱力学性能研究

以端弯矩比、长细比和荷载偏心距为主要变化参数,进行了12个方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱试验研究。试验结果表明：对于长细比为40.1的试件,端弯矩比对试件破坏形态影响很大,端弯矩比为-1的试件挠曲线为S型,而端弯矩比为1的试件挠曲线为正弦半波;而对于长细比为20.6的短柱试件,端弯矩比对试件破坏形态影响不明显;长细比和偏心距越大,承载力越小;随端弯矩比β从-1~1变化,试件承载力逐渐减小。采用两种计算方法对试件承载力进行了计算,并与试验结果进行对比,计算结果总体低于试验结果。采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的受力全过程进行分析,计算得到的试件破坏形态与荷载 变形关系曲线均与试验结果吻合良好。在此基础上,对3种不同端弯矩比的典型算例进行计算,从试件的变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土纵向应力分布及钢管与核心混凝土的相互作用等4个方面对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的工作机理进行对比分析。研究结果表明：随着端弯矩比由-1~1变化,试件的侧向挠度增大,核心混凝土承担荷载降低,试件承载力降低;所有试件的钢管均表现出良好的约束性能。     

轴向和转动约束不锈钢柱的耐火性能研究

<正>英国研究人员开展了高温下轴向和转动约束不锈钢柱结构耐火性能数值模拟的改进方法研究。建立的有限元模型形成连续耦合的热应力分析模型,包括传热模型、屈曲分析几何材料非线性应力分析。有限元模型对文献报道的试件失效温度和耐火时间的平均预测误差为2%～6%,达到了较高的预测精度。分析了轴向约束刚度、转动约束刚度、柱长细比和荷载水平等参数变化对试件     

火灾下轴心受压H型截面约束钢柱整体稳定设计

利用验证的有限元模型分析了轴向约束刚度比、轴力荷载比和钢柱长细比对火灾下轴心受压H形截面约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响,给出了其屈曲温度和破坏温度的计算方法。轴向约束刚度比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用指数函数表示,轴力荷载比和钢柱长细比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用多项式表示。采用有限元方法对计算公式进行了验证,设计公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,且设计公式给出偏于安全的结果。     

纤维布(FS)约束混凝土矩形柱轴心受压试验及非线性有限元分析

通过29个纤维布(FiberSheet,FS)约束混凝土柱和2个混凝土对比柱的轴心受压试验,以及FS约束混凝土柱的三维非线性有限元分析,研究FS约束混凝土矩形截面柱的轴心受压性能和FS的约束机理。FS约束混凝土柱有斜剪破坏和轴压破坏两种破坏形态;FS约束混凝土的轴压应力-应变曲线有三种形状;增大截面长宽比会减弱FS的约束效果;单独缠绕CFS比复合缠绕CFS和GFS对强度提高有利,但复合缠绕且GFS不少于1层时,对增大变形有利;轴向压应力大于0.6～0.8倍峰值应力后,FS的横向拉应变增大,对混凝土起约束作用;角部FS横向拉应变及截面角部混凝土的水平应力最大;可以将截面分为强约束区和弱约束区;角部的圆弧半径与1/2边长之比越大,强约束区的面积越大;纤维特征值对强约束区面积大小的影响不大,但是纤维特征值大,截面的水平应力也大。     

新型内嵌耗能壳板箱形钢墩柱抗震性能研究

为探讨新型内嵌耗能壳板箱形钢墩柱的抗震性能,建立新型钢墩柱的有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了本文有限元模型的准确性。开展新型钢墩柱滞回性能的参数分析,得出试件的横向加劲肋间距或轴压比减小时,试件的承载能力、滞回曲线所包络的面积以及极限位移均随之增大;内嵌壳板厚度增大时,试件抗震性能明显改善,而改变内嵌壳板弧度对试件抗震性能的影响相对较小,试件的长细比越小,其初始刚度越大,骨架曲线下降段越陡,承载力退化越严重。     

约束钢柱抗火性能试验研究

介绍了一组约束钢柱抗火试验,包括试验设计、钢柱温度和位移测量结果、钢柱试验后残余变形,以及试验的数值模拟等。试验变化参数为钢柱所受约束的刚度。约束刚度大小对钢柱抗火性能的影响包括:约束刚度比大的钢柱,其屈曲温度和破坏温度均较低;钢柱屈曲后,约束刚度比大的钢柱在变形较小时即可达到新的平衡位置;约束钢柱的破坏温度一般高于其屈曲温度,且随轴向约束刚度比的增大,破坏温度与屈曲温度之差增大。试验结果与有限元分析结果进行了对比,两者吻合较好,有限元方法研究约束钢柱抗火性能具有较高的精度。     

约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析。考察了轴向/转动约束刚度比、截面边长、荷载比、荷载偏心率、配筋率、升温时间等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱的轴力的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了比较。通过对2880种工况的计算分析,建议给出了该类构件轴力变化系数的实用计算方法。研究结果表明:对于轴向/转动约束混凝土柱,无论单调升温还是先升温后降温,轴力变化系数总体都呈现出先逐渐增大而后有所减小或基本保持稳定,最后以较大速率持续降低的趋势,主要区别在于后期单调升温对应的降低速率一般比先升温后降温时更大;对于先升温后降温的轴向/转动约束混凝土柱,转动约束刚度比、柱长和混凝土保护层厚度对轴力变化系数影响较小,而轴向约束刚度比、荷载偏心率和配筋率越大或荷载比和截面边长越小,轴力变化系数的峰值就越大。     

方钢管再生混凝土长柱轴压性能数值模拟研究

在8个方钢管再生混凝土长柱轴压试验的基础上,利用ANSYS有限元软件对其承载性能进行了数值模拟研究。通过试验所得参数,建立合理的有限元模型,并利用ANSYS软件进行非线性计算分析,得到了试件破坏形态、试件荷载-位移曲线等数据,分析了长细比λ、径厚比η以及轴压刚度退化等因素对极限承载力的影响,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱试件主要表现为整体失稳破坏;随着长细比的增加,试件极限承载力逐渐降低,轴压刚度呈先增大后减小的趋势;径厚比越大,试件极限承载力越高。数值模拟结果与试验结果吻合良好,能够真实、准确地反映试验结果。     

三轴应力下再生粗骨料塑性混凝土的力学性能和破坏准则

通过单轴、侧压相等和侧压不等三轴压缩试验,研究了再生粗骨料塑性混凝土(RPC)的应力-应变-强度特征,与原生粗骨料塑性混凝土(PC)性能进行了对比,并建立了基于空间八面体的强度破坏准则.结果表明:再生粗骨料塑性混凝土强度与围压的关系符合库伦破坏准则,其黏聚力低于原生粗骨料塑性混凝土,内摩擦角相差不大;再生粗骨料塑性混凝土应力-应变曲线由单轴下应变软化转变为三轴下塑化,且侧压越大,理想塑化越明显;在3种试验下,试件均出现了最大体应变,且随着侧压的增加而增大;再生塑性混凝土抗裂性能高于原生粗骨料塑性混凝土,且随侧压增大而增强.     

带约束拉杆方钢管/竹胶合板组合柱轴压蠕变性能

对4根带约束拉杆薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCCB)试件进行轴压蠕变试验以及蠕变后二次轴压破坏试验,考察试件的轴压蠕变特点、蠕变后受压破坏形态,并分析长期承载对SBCCB试件轴压极限承载力的影响.结果表明:SBCCB试件的轴压蠕变应变随试件长细比的增大而减小、随轴压应力水平增加而增加;不同长细比试件的蠕变应变-时间曲线均包含瞬态蠕变阶段和稳态蠕变阶段,温湿度变化对其局部蠕变有影响;蠕变对试件的轴压承载力、轴向及侧向变形能力有较大影响;基于流变力学理论的Burgers计算模型可较好地预测SBCCB试件的蠕变应变发展.