钢筋混凝土纯扭转问题研究

本文介绍了４个钢管混凝土纯扭构件的试验研究，试验结果表明，在加载过程中，钢管和核心混凝土整体变形协调，钢管混凝土构件表现出良好的塑性性能，笔者利用有限元法对这类构进行了全过程分析，其结果与试验结果吻合良好，最后，定义了钢管混凝土纯扭件抗扭承载力指标，并提供了其抗扭承载和简化计算公式，本文还对钢管混凝土综合剪切模量等物理指标的确定提供了简化计算式。     

圆端形椭圆钢管混凝土受扭性能数值分析及抗扭承载力计算

为探究圆端形椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算方法,采用ABAQUS建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元分析模型。为解决核心混凝土本构关系问题,提出了一种关于圆端形椭圆钢管核心混凝土本构关系的新等效方法,利用已有试验结果验证了等效方法的可行性和数值分析模型的准确性。开展了纯扭作用下圆端形椭圆钢管混凝土构件性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面尺寸等。揭示了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,提出了圆端形椭圆钢管混凝土构件的抗扭承载力简化计算公式。结果表明:构件抗扭承载力随钢材强度、截面尺寸、含钢率增大而增大,随长短轴比增大而减小;研究成果将为圆端形椭圆钢管混凝土构件的设计提供参考。     

钢管混凝土弯扭构件的理论分析和试验研究

本考虑不同加载路径，对钢管混凝土弯扭构件进行了深入系统的理论分析。为了验证理论分析结果的正确性，进行了１２个弯扭构件的试验，结果表明，理论分析结果与试验结果吻合良好。论最后还推导了钢管混凝土弯扭构件承载力相关方程，从而使钢管混凝土纯弯、纯扭和弯扭构件承载力设计计算公式相互衔接起来，便于实际应用。     

钢管混凝土压扭,弯扭构件承载力相关方程

本文在对钢管混凝土压扭、变扭构件进行全过程分析结果的基础上，推导了钢管混凝土压扭和变扭构件承载力相关方程。采用相关方程计算钢管混凝土压扭和弯扭构件的承载力，方法简便，符合实用原则，并且和轴压、纯弯及纯扭构件承载力计算公式相衔接。最后，本文提供了压扭和弯扭构件设计公式。     

椭圆钢管混凝土压弯扭复合受力性能及承载力计算方法研究

为研究椭圆钢管混凝土构件在压弯扭共同作用下的受力性能,基于椭圆钢管核心混凝土等效本构模型,通过ABAQUS有限元软件建立了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的有限元分析模型,并利用已有的试验数据验证了模型的准确性和可行性;系统分析了约束效应系数、轴压比、弯矩比和扭矩比等关键参数对其T/Tu-M/Mu曲线、T-θ曲线和破坏模式的影响规律,最终提出了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的承载力计算公式。研究结果表明：在一定范围内初始轴压比的提升会使构件的抗扭强度与纯扭构件相比有所提升,而当初始轴压比过大则会显著降低构件的抗扭强度;构件初始弯矩比的增加会使其抗扭强度持续降低;在轴力与弯矩的同时作用下,各自效果依然存在。通过提出的承载力简化计算公式的理论计算值与有限元分析结果的对比,表明该公式可用于评估椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力下的极限承载力。研究结果将为椭圆钢管混凝土在实际工程中的设计和应用提供科学依据。     

钢管混凝土压弯扭（剪）承载力相关关系及钢管混凝土统一设计理论构想

本文推导了钢管混凝土压弯扭（剪）承载力相关方程，从而将钢管混凝土轴压、纯弯和纯扭（剪）构件承载力计算公式相互衔接起来，概念明确。大量实例计算表明，相关方程计算结果与试验结果吻合令人满意。最后，本文提出钢管混凝土统一设计理论的构想。     

实、空心钢管混凝土抗扭承载力统一计算方法

目前关于钢管混凝土抗扭承载力的计算方法已有一些,但大多是针对实心钢管混凝土。通过建立钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元模型,并对钢管混凝土的受扭性能进行数值参数分析,着重探讨空心率对钢管混凝土横截面受力分布和承载力的影响,基于极限平衡方法推导钢管混凝土在纯扭下的承载力计算式,最终给出实心和空心完全统一的抗扭承载力计算式,并收集相关试验数据对得到的计算式进行试验验证,通过试验对比,说明计算式的有效性,同时计算式物理意义明确,形式完全统一,较好地反映了实心和空心钢管混凝土构件工作性能的连续性。     

钢骨—圆钢管高强混凝土组合柱纯扭力学性能研究

为研究钢骨-钢管高强混凝土组合柱纯扭力学性能,采用ABAQUS有限元软件建立组合柱纯扭非线性有限元分析模型。分析了组合柱受力全过程、不同受力阶段的应力分布规律及最终破坏模态,研究了混凝土强度、配骨指标、钢材强度对组合柱抗扭力学性能的影响,基于强度叠加理论,提出了组合柱抗扭承载力简化计算公式,并且利用Matlab软件编写了组合柱抗扭简化承载力计算公式。结果表明,随着混凝土强度、配骨指标、钢材强度的提高,组合柱的极限抗扭承载力不断提高,其中,钢材强度影响最明显,混凝土强度次之,有限元计算所得组合柱抗扭承载力与组合柱抗扭承载力简化计算公式吻合良好。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土压扭构件力学性能分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土在压扭复合受力下的力学性能,通过有限元软件ABAQUS建立了圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的数值模拟模型,并与已有的试验结果进行对比,验证了模型的正确性。用同样建模方法对圆锥形中空夹层钢管混凝土压扭构件进行了数值分析,分析了该类构件在压扭复合作用下的扭矩-转角全过程关系曲线、各部件的承载力分配等,讨论了轴压比、空心率、锥度、混凝土强度及钢管强度对构件受力性能的影响规律。结果表明:构件的扭矩-转角全过程曲线可以分为弹性、弹塑性、塑性强化三个阶段;加载过程中轴压比、混凝土强度、内钢管强度和空心率的变化对其极限扭矩的影响较小,锥度和外钢管强度的变化对该类构件抗扭承载力影响较大。本文所建议的抗扭承载力计算方法与数值模拟结果吻合良好。     

方中空夹层钢管混凝土构件压扭性能试验研究

为研究方中空夹层钢管混凝土构件在压扭共同作用下的力学性能,以截面尺寸及轴压比为参数,对12根中空夹层钢管混凝土进行压扭静力试验,同时建立有限元模型分析材料强度及长细比对构件承载力的影响.结果 表明:当轴压比较小(n＜0.5)时,轴压比对抗扭承载力影响不大,进入塑性阶段后,扭矩-转角曲线出现明显的屈服平台,且承载力仍有小幅度的上升,构件具有良好的延性.当轴压比较大(n＞0.5)时,抗扭承载力随轴压比的增大而明显减小,当n=0.6时,抗扭承载力已减小为纯扭时抗扭承载力的70％,进入塑性阶段后,承载力急剧下降,构件延性较差,呈现出完全不同的破坏模式.此外,外钢管强度对构件抗扭承载力影响较大,混凝土强度对构件承载力影响较小.抗扭刚度随长细比的增大而明显降低,但承载力受长细比的影响并不明显.     

Load-temperature-deformation behaviour of partially protected steel columns in fires

In recent years many tests have been carried out to assess the fire resistance of steel members at elevated temperatures. These tests are very expensive to undertake and the results obtained for similar tests carried out in different furnaces can vary quite considerably. Analytical methods have been developed for determining the fire resistance of steel members but these are often only concerned with predicting the collapse condition and may not allow the behaviour of the member to be fully analysed as the temperature increases. A finite element program (ELTEMP) has been developed by the authors to assess the behaviour of steel columns at elevated temperatures. The effects of temperature gradients over the cross-section, such as occurs, for instance, in the case of members built into fire-resistant masonry walls, are included. The validity of the program has been checked by comparing results obtained from ELTEMP with those from actual fire resistance tests for both uniform and nonuniform temperature distributions. The comparisons show that ELTEMP generally gives good correlation with test results. Two small-scale model tests undertaken for this purpose are described.     

冷弯型钢C形截面受弯构件平面内稳定性能研究

为了研究冷弯型钢受弯构件平面内的稳定性能,对直卷边和斜卷边的冷弯型钢C形截面受弯构件分别进行了试验研究和有限元参数分析。试验研究和有限元分析均包含构件纯弯和非纯弯两部分。研究结果表明,多数构件在非纯弯作用下的抗弯承载力高于纯弯作用下的,但也有部分以局部和畸变相关屈曲为主的构件在纯弯作用下的抗弯承载力略高。屈曲模式是影响构件抗弯承载力的重要因素,构件以畸变屈曲为主时,非纯弯作用下的抗弯承载力明显高于纯弯作用下的。     

冷弯薄壁型钢C形截面构件受弯承载力试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢构件的受弯性能,对卷边形式为直卷边、斜卷边和复杂卷边的冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件进行了试验研究。共计24个试件,分为12组试验,其中纯弯试验和非纯弯试验各6组。试验结果表明,卷边形式是影响构件受弯承载力的重要因素。试验中出现了局部屈曲、畸变屈曲以及局部和畸变的相关屈曲。对比两种受弯状态下的承载力发现,非纯弯时试件的承载力比纯弯时均有所提高,但提高的幅度和试件的屈曲模式有关,当发生畸变屈曲时提高得较多,而发生局部屈曲时提高得较少。利用有限元程序ANSYS对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析的有限元计算模型,并通过6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证有限元计算模型的准确性。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力分布情况进行分析,同时给出钢管与核心混凝土之间的相互作用,并对剪跨比、钢管强度、混凝土强度、短轴长和长轴长等参数对纯弯时构件极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土构件在跨中发生倾向弯曲破坏,钢管屈服强度、混凝土强度、长轴长、短轴长及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,剪跨比对其力学性能影响不明显。     

圆钢管混凝土受压曲杆的力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS对圆钢管混凝土曲杆受压时的荷载-变形全过程曲线进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,通过计算分析,对钢管混凝土曲杆与曲线形空钢管破坏形态的差别进行比较,最后对有关钢管混凝土曲杆的力学性能进行分析。     

Stability analysis of large diameter thin-walled tube beam-columns

Based on a blind spot in the current design standard of steel structures, the large diameter thin-walled tube beam-columns are analyzed using nonlinear finite element method in this paper. The influence of several factors on stability capacity of the large diameter thin-walled tube beam-columns is taken into account. Thus, according to the correlative design standard of steel structures, and on the basis of the numerical analytical results by the finite element methods, the calculation formulas of the stability bearing capacity are presented for beam-column members of the large diameter thin-walled tubes. Three tests of thin-walled steel tube beam-columns were reported. Test results for deformations and ultimate strength are found to be in a good agreement with the corresponding values predicted by the calculation formulas, and the proposed methods can be used in design practice.     

钢网格剪力墙力学性能试验研究及有限元分析

为解决现有加劲钢板剪力墙现场安装难度高、焊接工作量大等问题,提出了装配式钢网格剪力墙结构。为考察该抗侧力体系的静力性能和抗震性能,对2个缩尺模型进行了单调水平加载和低周往复加载试验。基于ABAQUS建立有限元分析模型,验证钢网格剪力墙有限元模型的准确性。研究结果表明：在单调荷载或低周往复荷载作用下,试验与有限元分析结果较为一致,试件均表现出良好的抗侧刚度、延性和耗能能力;其破坏过程为中间位置的T形钢构件首先出现全截面屈服,随着位移荷载的增大,靠近梁柱节点位置的较短T形钢构件开始局部屈服,最终所有T形钢构件均达到了全截面屈服,试件破坏形式为中部T形钢构件拉断,失效模式较为合理;试件破坏时的层间位移角均达到了3.6%以上,延性系数达到5.35以上,试件在每级荷载循环后的强度退化系数均在0.92以上,受力性能稳定。     

腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁局部屈曲性能及直接强度法研究

为了研究腹板开孔复杂卷边冷弯槽钢梁的局部屈曲性能，以及探究北美冷弯型钢结构设计规范(AISI S100-2016)中腹板开孔冷弯槽钢梁局部屈曲直接强度法计算公式的可靠性，对孔高比(孔洞高度与腹板高度的比值)分别为0、0.2、0.4、0.6和0.8的10个腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁纯弯试件进行了静力试验研究。试验结果表明，开孔和不开孔试件均发生以局部屈曲为主的屈曲破坏模式，与不开孔试件相比，开孔试件的受弯承载力下降，且下降幅度随孔高比的增大而增大。利用ANSYS有限元程序对试验进行了模拟分析，分析结果与试验结果吻合良好；在此基础上，采用经试验验证的有限元模型，通过变换腹板高度、板厚和孔高比开展了有限元参数分析，并根据有限元参数分析结果对已有腹板开孔冷弯槽钢梁的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式进行了修正。基于试验结果、有限元参数分析结果以及修正的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式，对AISI S100-2016中开孔冷弯槽钢梁发生以局部屈曲为主破坏时的直接强度法计算公式进行了修正。     

Analysis and design of cold-formed steel channels subjected to combined bending and web crippling

The channel failures due to combined bending and web crippling may occur at the highly concentrated interior loading when there is no load stiffener in cold-formed thin-walled steel beams. This paper presents accurate finite element models to predict the behavior and ultimate strengths of cold-formed steel channels subjected to pure bending as well as combined bending and web crippling. Both geometric and material nonlinearities are considered in the finite element analysis. The nonlinear finite element models are verified against experimental results of cold-formed steel channels subjected to pure bending as well as combined bending and web crippling. The finite element analytical results show a good agreement with the experimental results in terms of the ultimate loads and moments, failure modes and web load-deformation curves thus validating the accuracy of the finite element models. The verified finite element models are then used for an extensive parametric study of different channel dimensions. The channel strengths predicted from the parametric study are compared with the design strengths calculated from the North American Specification for cold-formed steel structures. It is shown that the design rules in the North American Specification are generally conservative for channel sections with unstiffened flanges having the web slenderness ranged from 7.8 to 108.5 subjected to combined bending and web crippling. It is demonstrated that the nonlinear finite element analysis by using the verified finite element models against test results is an effective way to predict the ultimate strengths of cold-formed thin-walled steel members.     

Seismic analysis of steel structures considering damage cumulation

The research on the development of a reliable analytical model for seismic analysis of steel structures is presented. The non-linear damage cumulation hysteretic model incorporating the deterioration of stiffness, strength and strain hardening for structural steel is proposed and validated. The complete loading history, energy dissipation and the effect of the maximum plastic strain are taken into account in the model. The constants in the model are determined from regression analysis of experimental results of simple standard tensile and cyclic tests. Finite element formulations for beam and structural solid element considering the damage cumulation are derived. A computer program capable of calculating the hysteretic model of steel members, predicting the damage state and crack initiation, and carrying out non-linear time history seismic analysis of steel structures is developed. Solutions obtained from the model are in good agreement with experimental results. It was demonstrated that the damage cumulation effect is considerable and important in structural seismic analysis.