考虑徐变非线性的钢管混凝土柱徐变稳定承载力计算方法

对高持荷荷载作用后钢管混凝土柱稳定性能进行了数值分析,同时结合初弯曲构件稳定理论和Perry公式,通过理论推导提出了钢管混凝土柱徐变后稳定承载力计算公式。为深入研究构件徐变稳定性能,将钢管混凝土非线性徐变模型以及考虑约束作用和材料非线性的应力-应变关系引入ABAQUS,建立了钢管混凝土柱有限元分析模型;在验证了有限元模型可靠性的基础上,通过参数分析研究了长细比、含钢率、长期荷载等级、混凝土强度以及钢材屈服强度对构件徐变稳定承载力的影响;并将理论推导所得构件徐变稳定承载力计算公式与有限元分析结果进行了对比。结果表明:时效作用对钢管混凝土柱稳定性能的影响不容忽视,可使构件稳定承载力降低15.5%;影响构件徐变稳定承载力的主要参数包括长细比、长期荷载等级、含钢率,其中混凝土强度及钢材屈服强度的影响较小;所提公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,最大差值不超过10%,公式计算结果与有限元分析结果比值的均值为1.01,标准差为0.035,变异系数为3.4%。     

钢管混凝土轴心受压构件徐变分析

在对钢管混凝土轴心受压构件的轴压力学特性和核心混凝土徐变分析的基础上,从变形协调条件出发,通过引入混凝土换算弹性模量,推导了钢管混凝土轴压构件应力重分布计算方法。此方法较好地考虑了钢管混凝土构件徐变因素(含钢率、应力级别、材料等级)的影响,并分析研究了不同影响因素条件下钢管混凝土结构的徐变特性。针对钢管混凝土受力特点,研究表明,运用该方法计算在轴心受压状态下徐变所引起的钢管混凝土截面应力重分布是合理的。     

钢管混凝土轴压构件徐变有限元研究

在高层和超高层建筑中采用钢管混凝土结构,可充分利用空钢管所具有的强度和刚度,并能较好地解决混凝土硬化时间较长与施工速度之间的矛盾。但由此也会带来这样的问题,即在结构施工过程中,构件所受长期荷载随施工过程逐渐增加,徐变持续发展,混凝土卸载,内力重新分布,导致构件稳定承载力降低。本文运用DirichLet级数建立管内混凝土徐变模型,并应用非线性有限元软件ABAQUS对钢管混凝土徐变以及承载力进行了有限元计算,较好地模拟了钢管混凝土的徐变过程。本文回归分析了钢管混凝土的徐变性质,并认为可以用初应力的方法粗略估计徐变构件对承载力的影响。     

超高层结构考虑钢管混凝土柱收缩徐变影响的施工模拟分析

在超高层结构施工过程中,材料的时变特性和其他荷载等因素是导致竖向构件变形差异的主要原因。以南宁华润中心东写字楼超高层项目为工程背景,运用MIDAS Gen软件对项目进行施工模拟分析。由于钢管混凝土柱中混凝土处于密封状态,从而收缩徐变受到抑制,计算时考虑组合材料的收缩徐变得不到合理的结果。考虑钢管混凝土柱中混凝土的收缩徐变,利用双单元法对钢管混凝土柱进行施工模拟分析,并和换算截面法考虑收缩徐变和换算截面法不考虑收缩徐变分析的结果进行对比,分析三个模型的合理性,进而为钢管混凝土结构施工模拟分析提供参考。     

混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制

采用CEB-FIP(1990)规范中的混凝土收缩徐变模型,考虑含钢率、套箍效应对混凝土收缩徐变的影响,计算了某超高层巨型混合结构竖向构件的竖向变形,分析弹性模量发展对竖向构件变形的影响,并研究竖向变形差对关键构件的内力影响。为实现在设定阶段竖向构件达到设计标高,对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了研究。进一步提出减小竖向构件竖向变形差的措施,并通过算例验证了其有效性。研究表明,混凝土弹性模量发展对竖向构件变形影响不大;而混凝土的收缩徐变对超高层混合结构的变形及内力影响较大,应以考虑了混凝土收缩徐变的结构模型作为地震分析的初始态对关键构件进行校核;在带钢管混凝土柱的超高层巨型混合结构中,控制钢管混凝土柱压应力水平适当大于钢筋混凝土核心筒的压应力水平,可有效降低混凝土收缩徐变引起的竖向变形差及附加内力。     

T形钢管混凝土受弯构件徐变效应分析

钢管混凝土组合结构中,混凝土徐变效应影响较为明显.采用多轴应力状态下的徐变理论,建立分别考虑中和轴在钢管混凝土内和中和轴在T形梁内的受弯构件理论计算公式,分析其影响因素.研究表明:钢管的厚度、初始弯矩以及混凝土的强度等级对T形钢管混凝土受弯构件徐变效应产生影响.徐变效应随着钢管厚度增大而减弱、初始弯矩增大而增强,而混凝土强度的等级对其影响较小.     

钢管再生混合混凝土徐变性能试验研究

为研究加载龄期对钢管再生混合混凝土徐变性能的影响,开展了12组试件的徐变试验,得到了不同加载龄期下的徐变系数-持荷时间和徐变应变-持荷时间曲线。分析了徐变系数的变化规律和不同算法预测试件徐变应变的有效性。研究结果表明：无论是钢管混凝土试件还是钢管再生混合混凝土试件,加载龄期越早,徐变系数越大,加载龄期对钢管再生混合混凝土试件徐变系数的影响较钢管混凝土试件小;加载龄期相同时,钢管再生混合混凝土试件的徐变系数较钢管混凝土柱的小,加载龄期越晚,两者相差越小。提出了基于Counto模型的龄期调整的有效模量法预测试件的徐变应变,计算结果与试验结果总体吻合良好。     

开裂混凝土梁长期挠曲变形研究

开裂混凝土构件的长期挠曲变形难以预测,配筋率、荷载大小及徐变收缩效应均是影响构件长期挠曲变形的重要因素.以钢筋混凝土梁近700d的收缩徐变试验为基础,运用双线性法预测开裂钢筋混凝土梁的长期挠曲变形,编制了分析计算程序,与试验实测结果吻合较好,并对影响构件长期挠曲变形的因素进行了参数分析,本文方法便于工程实际应用.     

钢管混凝土构件承载力分析的纤维模型法关键参数研究

以圆形截面为例,采用纤维模型法对钢管混凝土构件承载力进行分析。为确定纤维模型法关键参数及其合理取值,首先建立了圆钢管混凝土轴压和纯弯构件承载力分析的纤维模型法计算式;然后分析离散单元数量、收敛容差、应变增量、挠度增量和初始偏心距等参数对计算结果的影响规律,并以此确定影响纤维模型法计算结果的关键参数及其合理取值;最后,通过与钢管混凝土构件承载力试验数据进行比较,验证所确定的纤维模型法关键参数取值的合理性。结果表明:钢管混凝土构件受力状态不同,纤维模型法的关键参数取值也有所不同,所确定的关键参数取值能够保证纤维模型法计算结果稳定收敛,且具有较高的计算精度和广泛的适用性。     

型钢-钢管混凝土压弯构件的恢复力特性

基于钢管混凝土滞回曲线计算方法,采用纤维模型法建立了型钢-钢管混凝土压弯构件滞回曲线的计算方法;计算中采用Mander模型的混凝土加卸载规则;钢材的滞回模型中考虑了包辛格效应。纤维模型计算结果与试验结果吻合较好。在纤维模型的基础上进行了参数分析,分析了轴压比和循环荷载对构件力学性能的影响.     

钢管混凝土轴心受压构件徐变的有限单元逐步分析法

本文运用混凝土徐变的有效模量有限单元逐步分析法,并将混凝土徐变刚度和钢管刚度直接叠加的方法来分析钢管混凝土徐变。运用该方法,结合文献[3]提出的徐变系数分析了钢管混凝土徐变的实验模型,得到的理论结果与实验数据吻合良好,证明了该方法分析钢管混凝土徐变具有良好的精度。     

矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究

对6根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土短柱试件进行轴压试验,研究了内外钢管的长宽比对短柱的力学性能的影响。试验结果表明:比较内管相同的试件,外管截面尺寸较大者其轴压承载力略高;比较外管相同的试件,由于混凝土的减少和内管的局部屈曲,轴压承载力随内管的增大略有下降,本次试验中的实心钢管混凝土短柱的轴压承载力略高于中空夹层钢管混凝土短柱。同时用ABAQUS有限元软件对试件轴压全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲型矩形钢管混凝土T型节点的疲劳性能,进行了T型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0.4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明:PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

圆端形钢管混凝土双肢塔柱受力性能试验研究

采用有限元方法,在不考虑钢管-混凝土相互作用的基础上,对某斜拉桥圆端形钢管混凝土双肢柱在轴心受压和偏心受压两类工况下的受力状况进行数值模拟分析。然后,结合某斜拉桥主塔双肢塔柱应力监测实验数据,与有限元模拟数据进行对比。两者结果吻合良好,表明所采用的有限元模型是合理的。分析结果表明,相比于普通钢管混凝土结构,圆端形钢管混凝土双肢柱具有承受大偏心荷载的性能。     

钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能,基于合理的钢材和混凝土本构关系模型,采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比,验证了理论分析模型的正确性。在此基础上,对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析,提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式,简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作,建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。     

Analysis on axial compressive performance of embedded circular steel tube totally-recycle concrete composite columns

为研究全再生混凝土柱内配钢管后的轴压力学性能,设计5个内置钢管全再生混凝土组合柱试件和3个对比试件进行试验,分析体积配箍率和钢管面积比对试件承载力、延性和损伤性能的影响规律以及内配钢管后的组合效应。研究表明：钢管混凝土柱达到峰值荷载时刻滞后于中空钢筋混凝土柱,即在管外混凝土达到极限状态后,核心钢管混凝土逐渐发挥作用;随着体积配箍率的增加,组合柱的承载力和延性整体呈增长趋势,累积损伤增长变慢;提高钢管面积比,组合柱承载力降低,延性增强,提前进入损伤状态,但后期损伤发展缓慢;CECS 188:2005的计算结果与试验结果吻合良好,该规程可用于内置钢管全再生混凝土组合柱轴压承载力设计。