高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的理论分析与试验研究

基于从试验中剥离出来的混凝土和钢材的应力 -应变关系 ,采用数值分析的方法对方形、矩形截面钢管混凝土受弯构件的力学性能进行了分析。同时 ,进行了 6根方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的试验研究 ,研究构件纯弯段的受力性能 ,并与理论分析结果进行了对比 ,发现两者吻合较好。在此基础上 ,利用程序分析了钢材的屈服强度、混凝土强度、含钢率、截面长宽比对构件抗弯性能的影响。最后给出了受弯构件的典型曲线     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

基于抗弯试验的注浆微型钢管桩影响因素数值分析

在以9根不同直径注浆钢管的抗弯性能试验基础上,通过有限元软件计算模拟构件的含钢率、钢材屈服强度、填芯材料强度等参数变化对注浆钢管桩抗弯性能的影响。研究结果表明:有限元方法模拟出注浆钢管桩的极限承载力与试验数据符合较好,误差值在6.4%～13.6%之间;在纯弯作用下,注浆钢管构件的含钢率对其承载力影响较大;钢管的屈服强度对提高微型钢管桩的抗弯承载力效果显著;钢管的填芯材料强度对抗弯承载力影响甚微,故在实际工程中可采用低抗压强度的填芯材料,以降低工程造价。     

方钢管高强混凝土受弯构件力学性能的数值分析

为研究往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的力学性能,运用有限元软件ABAQUS对方钢管高强混凝土受弯构件进行数值模拟,分析混凝土强度及含钢率对受弯构件力学性能的影响,发现往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的弯矩-曲率滞回关系曲线形态饱满,整个滞回曲线呈梭形,没有捏拢现象。由此可知,在一定范围内混凝土强度和含钢率的提高有助于方钢管高强混凝土受弯构件抗震性能的改善。     

高强方钢管高强混凝土短柱轴压性能

选取四种混凝土本构关系模型,应用有限元分析软件ABAQUS建立高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,再通过试验研究加以验证。结果表明:采用韩林海提出的约束混凝土本构关系模型的有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,研究了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对模型混凝土贡献比(CCR)及跨中截面钢管应力的影响。最后,提出了高强方钢管高强混凝土轴压短柱组合构件受力全过程应力-应变关系曲线表达式,计算结果与试验结果吻合较好,验证了公式的准确性。     

CFRP加固方钢管混凝土在弯-扭荷载作用下的性能研究

为了研究方截面CFRP-钢管混凝土的弯-扭性能,以9个方截面CFRP-钢管混凝土弯扭性能试件的试验研究为基础,利用有限元软件ABAQUS模拟了方CFRP-钢管混凝土扭矩-转角(T-θ)曲线和破坏模态,并将模拟结果与试验结果进行比较。结果表明：模拟与试验结果吻合较好。在验证模型可靠性的基础上,对构件的受力全过程和参数分析进行了研究。在有限元与试验的基础上,提出了方CFRP-钢管混凝土的弯-扭承载力的计算表达式。研究表明：随着混凝土强度、钢材屈服强度和含钢率的提高构件承载力显著增大,随着CFRP层数增加构件承载力略有提高,随着弯矩比的增大构件承载力略有降低,提出的方CFRP-钢管混凝土的弯-扭承载力计算表达式所预测的试件承载力与试验结果基本一致。     

方钢管高强混凝土偏压构件的试验研究与理论分析

本文进行了8根方形截面钢管高强混凝土单向压弯构件的试验研究,研究构件在不同长细比、偏心率和含钢率下的力学性能,长细比取25.4、50.8和71.6三种,偏心率在0.140～0.288之间变化,含钢率取8.2%和14.3%两种。研究结果表明:构件的承载力随着长细比和偏心率的增加迅速降低,含钢率为8.2%的构件在达到极限承载力之前钢管出现了局部屈曲。在进行试验研究的同时,还编制了非线性分析程序BC,用来分析方钢管高强混凝土压弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上分析了长细比、含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度等因素对偏压构件N/Nu(η)-M/Mu(ζ)相关曲线的影响。     

椭圆钢管混凝土构件受弯性能与承载力计算

通过ABAQUS软件建立了椭圆钢管混凝土构件在纯弯作用下的数值分析模型,考虑了复杂接触问题、椭圆截面特征和材料非线性。利用6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证了四点纯弯模型的准确性。进行了纯弯作用下椭圆钢管混凝土构件的参数分析,分别在长轴和短轴方向上研究了钢材强度、混凝土强度、径厚比和长短轴比等参数对椭圆钢管混凝土构件极限弯矩的影响,揭示了椭圆钢管混凝土在纯弯作用下的破坏模式,并提出了椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明,钢材强度越大、径厚比越小,椭圆钢管混凝土极限弯矩越大。提出的椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式将为椭圆钢管混凝土纯弯构件设计提供参考。     

圆端形钢管混凝土构件纯弯力学性能

为研究圆端形钢管混凝土构件的纯弯力学性能,对4个构件进行了纯弯试验,分析了高宽比和含钢率对纯弯曲作用下圆端形钢管混凝土构件破坏形态、挠度曲线、截面应变、抗弯承载力的影响。基于ABAQUS建立有限元模型对圆端形钢管混凝土构件纯弯性能进行模拟,试验结果与模拟结果吻合良好,利用验证后的模型对圆端形钢管混凝土构件进行了受力全过程分析以及参数分析。最后基于ABAQUS参数分析结果提出了圆端形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合良好。结果表明:圆端形钢管混凝土构件在纯弯曲作用下发生了明显的挠度变形,当跨中挠度达到L/25(L为试件长度)时,试件仍能承受较大的荷载,表现出良好的延性; 圆端形钢管混凝土构件的挠度曲线可假设为正弦半波曲线,其跨中截面基本保持为平截面; 当构件达到抗弯承载力时,钢管承受了大部分弯矩,圆弧段钢管相较于平直段钢管对混凝土的约束作用更强; 圆端形钢管混凝土构件的抗弯承载力随钢材强度的增大而增大,而混凝土强度的改变对其抗弯性能影响较小。     

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%。     

圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能研究

为研究圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能,利用有限元分析软件ABAQUS对其进行模拟,对其破坏模式、受弯全过程进行了分析,并基于大量的参数分析结果,提出了圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力计算公式。研究结果表明:圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力随钢管壁厚、钢材强度、高宽比的增加而提高,而混凝土强度的改变对其抗弯性能的影响较小。     

钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱抗弯力学性能研究

为研究钢骨-钢管高强混凝土新型组合柱的抗弯力学性能,采用ABAQUS软件对钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱纯弯力学性能进行有限元分析,得到了典型组合柱纯弯试件的荷载-挠度关系曲线,不同受力阶段的应力分布规律以及破坏模态,同时考虑不同参数对组合柱抗弯力学性能的影响,探讨了钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱抗弯承载力实用计算方法,提出简化计算式,并将简化式计算结果与有限元及试验结果进行对比。最后用MATLAB编写了组合柱纯弯纤维模型法计算源程序,并将程序计算的弯矩-跨中挠度曲线与试验结果及有限元结果进行比较。结果表明:简化式计算结果与试验及有限元计算结果吻合良好,数值模型能较好地反映组合柱纯弯受力的弯矩-挠度曲线。     

火灾后中空夹层高强钢管混凝土柱轴压机理分析

为了研究火灾后中空夹层高强钢管混凝土柱(高强CFDST)受压力学性能,选用合理的夹芯混凝土本构关系,利用ABAQUS有限元分析软件建立了计算模型,通过试验对有限元模型进行了验证,验证结果吻合较好。剖析了不同受火时间、空心率、外钢管屈服强度和混凝土抗压强度对火灾后高强CFDST受压力学性能的影响,对其典型曲线进行机理分析,揭示内外钢管与混凝土之间的相互作用力。结果表明:随着受火时间的增加,高强CFDST极限承载力减小;随着外钢管屈服强度由Q345变为Q460,核心混凝土和外钢管承载力占总承载力的比例发生了变化,核心混凝土由60%变为30%,外钢管由25%变为50%;高强外钢管屈服强度的变化对火灾后高强CFDST的极限承载力影响较大。     

方中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究

以空心率为变化参数 ,进行了 5个纯弯构件的试验研究 ,考察了方中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下的力学性能。然后在确定钢和混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,采用数值方法对方中空夹层钢管混凝土纯弯构件进行理论分析 ,分析结果和试验结果吻合较好。最后提供了构件抗弯承载力和抗弯刚度的简化计算公式 ,可供有关工程实践参考。     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

方钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

本文对3根冷弯型方钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,并分析了冷弯型方钢管高强混凝土轴心受压短柱的受力性能及变形特点。提出了典型荷载-应变全过程曲线,并分析了各阶段的受力性能。得到如下结论:冷弯型方钢管高强混凝土短柱充分利用了高强混凝土抗压与钢材抗拉的材性特点,其极限承载力较普通方钢管混凝土更高;短柱试件承载力的下降取决于方钢管的局部屈曲与核心混凝土失去三向受力状态并被压碎的程度;冷弯型方钢管高强混凝土的极限承载力本质上主要由冷弯型方钢管局部屈曲控制;冷弯型方钢管高强混凝土轴压短柱后期延性较差,但含钢率越大,其后期残余承载力越大。     

锈蚀方钢管混凝土短柱轴压承载力研究

采用ABAQUS有限元软件,建立模拟酸雨溶液腐蚀后方钢管混凝土轴压短柱有限元模型。为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀方钢管混凝土短柱进行轴压全过程分析,比较不同锈蚀率下方钢管混凝土柱荷载-轴向位移关系、外钢管承担的荷载-轴向位移关系、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系的变化规律。并对锈蚀方钢管混凝土轴压短柱进行参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对方钢管混凝土柱极限承载力的影响,最后给出酸雨腐蚀后方钢管混凝土柱极限承载力建议计算式。     

轴心受压方钢管混凝土短柱极限承载力影响因素研究

为研究轴心受压方钢管混凝土短柱极限承载力的影响因素,文章建立了方钢管混凝土短柱的有限元模型并进行数值分析,将计算结果与试验结果进行比较。在此基础上,分析了方钢管混凝土的宽度,方钢管的厚度,钢材的屈服强度以及核心混凝土的圆柱体抗压强度对方钢管混凝土极限承载力的影响。同时研究了有限元软件的参数取值对极限承载力的影响。研究结果表明:有限元计算的载荷变形曲线与试验结果吻合较好。同时粘性系数,钢管强度,钢管厚度,混凝土强度,钢管混凝土宽度对方钢管混凝土极限承载力影响较大。     

高强圆钢管混凝土压弯构件(2):基本性能

目前,有关高强圆钢管混凝土压弯构件基本性能的试验及数值研究相对较少。在之前文章中,已经提出评估此类压弯构件非线性性能的数值模型,考虑约束和初始几何缺陷对核心混凝土强度和韧性及钢管的影响。验证该模型的正确性,并进行压弯构件基本性能的参数化研究。通过相应的试验结果,验证根据此模型求得的偏心荷载作用下极限承载力和轴力-变形性能的正确性。在计算机程序中应用该模型,研究高强圆钢管混凝土压弯构件的基本性能,如:荷载-位移曲线,极限承载力,轴力-弯矩曲线及由混凝土约束引起的强度增量。参数包括:构件长细比,偏心率,混凝土抗压强度,钢材屈服强度,钢材百分比,混凝土约束条件等。结果表明:提出的数值模型能有效模拟和设计高强圆钢管混凝土压弯构件。本基准数值结果对完善组合结构设计规范中有关高强混凝土压弯构件的规定很有意义。