长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 ,提出了考虑长期荷载作用影响时矩形钢管混凝土轴心受压柱承载力的简化计算公式     

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。     

中空夹层钢管混凝土柱在长期荷载作用下的力学性能研究

基于美国混凝土协会ACI 209(1992)提供的混凝土徐变和收缩模型,对长期荷载作用下中空夹层钢管混凝土柱的变形和承载力进行计算。分析加荷龄期、持荷时间、长期荷载比、名义含钢率、钢材屈服强度、内钢管厚度、混凝土强度、空心率、长细比和荷载偏心率等参数对中空夹层钢管混凝土柱变形特性和承载力的影响。最后,在系统分析各影响因素的基础上,提出长期荷载作用对中空夹层钢管混凝土柱承载力影响系数的计算方法。     

方钢管再生混凝土柱侧向承载力的数值模拟及影响因素敏感度分析

在方钢管再生混凝土柱低周往复荷载作用下的试验基础上,采用ABAQUS对柱在侧向水平力作用下的承载力进行模拟,运用敏感度分析原理对影响方钢管混凝土柱承载力的诸因素进行分析。研究表明:钢管再生混凝土柱侧向承载力随钢材屈服强度、含钢率和再生混凝土抗压强度的增大而提高,其中,随含钢率提高,柱侧向承载力增长较多;提高再生混凝土抗压强度对柱侧向承载力的增加很小,可以忽略;柱的侧向承载力随长细比的增大而明显减小;随轴压比的增大先微幅增大后快速减小。柱的侧向承载力对长细比敏感度最大,含钢率次之,钢材屈服强度、轴压比和再生混凝土抗压强度的敏感度依次递减。由此可见,构件长细比和含钢率是影响方钢管再生混凝土柱侧向承载力的两个主要因素。     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

长期荷载作用对圆钢管混凝土压弯构件力学性能影响的研究

基于ACI (1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,本文提出一种适合于长期荷载作用下圆钢管混凝土构件变形的计算方法 ,理论结果和试验结果基本吻合。在此基础上 ,分析了加载龄期、持荷时间、轴压比、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级和荷载偏心率等因素对长期荷载作用下圆钢管混凝土构件变形性能的影响规律。考虑长期荷载作用的影响 ,本文利用数值方法成功地计算出圆钢管混凝土构件的承载力 ,理论计算结果和试验结果吻合良好。最后 ,在系统分析长细比、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率等因素影响的基础上 ,提出长期荷载作用对圆钢管混凝土构件承载力影响系数的计算方法 ,     

矩形钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究与理论分析

进行了 10根矩形截面钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究 ,目的是分析长细比、含钢率和截面长宽比对中长柱轴压构件的影响。同时 ,采用数值分析的方法 ,编制了适用于矩形钢管高强混凝土轴压构件的非线性计算程序 ,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 ,利用所编制的非线性分析程序 ,分析了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和截面长宽比等因素对轴压构件长细比 -稳定系数相关曲线的影响。研究结果表明 :构件的稳定承载力主要和长细比有关 ,随着长细比的增大迅速降低 ;截面长宽比在 1 0～ 1 6的范围内变化时 ,对稳定系数和相对跨中挠度的影响很小。     

钢骨 钢管高强混凝土长柱承载力可靠度分析

基于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB500682001),利用一次二阶矩法（JC法）对钢骨〖XC半字线.tif,JZ〗钢管高强混凝土轴压长柱的极限承载力进行了可靠度分析,研究了可变荷载组合类型、荷载效应比、混凝土强度等级、钢管壁厚、钢骨截面面积、钢材屈服强度及长细比对组合柱承载力可靠指标的影响。分析结果表明,在工程常用长细比范围内,各公式的可靠指标均能满足规范对延性构件可靠度指标的要求;在所研究参数范围内,长柱的可靠度指标随荷载组合和荷载效应比的变化而变化,随混凝土强度等级的提高而增大,随钢管壁厚的增加而有所降低,钢骨截面面积对长柱的可靠指标无明显影响,同时,钢材屈服强度和长细比对各公式可靠指标的影响各不相同。     

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。     

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。     

钢管混凝土格构柱稳定计算材料修正系数研究

应用ANSYS通用程序,对轴压钢管混凝土格构柱进行了有限元参数分析。计算结果表明：除钢材强度、混凝土强度等级以外,钢管混凝土柱肢的含钢率对稳定系数的影响也不可忽略,相同换算长细比的钢管混凝土格构柱,柱肢的含钢率越大,稳定系数越小。借鉴国内钢结构设计规程,在理论推导和工程实例数值分析基础上,给出了综合考虑钢材强度、混凝土强度等级、含钢率的钢管混凝土格构柱稳定计算的材料修正系数γ的计算式,并提供了实用表格以方便查用。算例分析结果表明,材料修正系数γ的计算值与有限元计算结果吻合良好。     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱有限元分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱进行模拟,得到了典型构件的荷载-跨中挠度曲线,分析了构件在偏压荷载作用下的力学性能,探究偏心率、含钢率、钢材强度和混凝土强度对构件受力性能的影响规律。分析结果表明:偏心率对构件的受力性能影响最为明显;随着偏心率的增大,构件的初始刚度和承载力均明显降低;随着含钢率、钢材强度和混凝土强度的增大,构件荷载-跨中挠度曲线的弹性阶段变化不明显,构件的承载力增大。     

钢管混凝土偏压扭短柱承载力简化计算方法研究

在现有研究成果的基础上,推导了钢管混凝土偏压扭短柱极限承载力的计算公式,并对偏心率、扭矩比、截面含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度等参数的影响规律进行分析,提出钢管混凝土偏压扭短柱极限承载力的简化计算公式,其结果准确性高且偏于安全,可为相关工程提供参考。     

往复荷载作用下高强方钢管高强混凝土纯弯性能研究

为了研究高强方钢管高强混凝土构件在往复荷载作用下的纯弯性能,采用ABAQUS有限元分析软件建立高强方钢管高强混凝土纯弯构件的数值模型,进行滞回性能的研究。基于已有高强方钢管高强混凝土纯弯构件试验的研究成果,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了所建立数值模型的准确性。并运用此模型对不同钢材的屈服强度、不同核心混凝土的抗压强度以及不同含钢率的高强方钢管高强混凝土纯弯构件的弯矩-曲率骨架曲线和耗能情况进行对比分析,得出结论如下:构件的抗弯承载力随着钢材屈服强度或含钢率的提高而明显提高,而随着核心混凝土抗压强度的改变影响较小。最后,基于有限元分析结果与不同规范计算结果的对比,提出了一种适用于高强方钢管高强混凝土纯弯构件抗弯承载力的简化公式,为今后的工程应用提供参考依据。     

锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力研究

运用ABAQUS有限元软件建立了模拟酸雨溶液腐蚀后圆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圆钢管混凝土短柱进行了轴压全过程分析,比较了不同锈蚀率下圆钢管混凝土短柱荷载-轴向位移关系曲线、外钢管承担的荷载-轴向位移关系曲线、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系曲线以及外钢管与核心混凝土之间的相互作用力-位移关系曲线的变化规律。最后对锈蚀圆钢管混凝土轴压短柱进行了参数分析,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圆钢管混凝土短柱极限承载力的影响,并由此导出了酸雨腐蚀后圆钢管混凝土短柱极限承载力简化计算公式。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力影响因素分析

在确定钢材的本构关系和核心混凝土的本构关系的基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了轴压荷载下方钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系;通过算例分析了钢材强度、混凝土强度、宽厚比和套箍系数对方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线的影响。分析结果表明：混凝土强度等级对构件的荷载-变形曲线的形状影响不大,但随着混凝土强度的提高,构件的承载力有所提高;随着钢材强度的提高,构件承载力也提高。但承载力提高的百分率随着钢材强度的提高而降低。随着宽厚比的减小,构件的承载力提高;套箍系数对构件的承载力有着较大的影响,改变套箍系数会影响构件的荷载-变形关系曲线的形状。     

组合十字形钢管混凝土柱承压性能有限元分析及承载力计算

为研究组合十字形钢管混凝土柱承压性能(轴压、偏压)和承载力计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合已有的6个试件的实测数据,并以偏心距、长细比、截面含钢率、混凝土强度等级和钢材屈服强度为变化参数进行了26个试件的拓展分析,探讨了各影响参数对组合十字形钢管混凝土柱承压性能的影响,分别研究了组合十字形钢管混凝土柱轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计算式。研究结果表明：组合十字形钢管混凝土柱极限承载力随着偏心距和长细比的增加而降低,随着含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度的提高而提高,其中偏心距和混凝土强度较小时承载力退化较快,承载力随含钢率的增加呈近线性增长,槽钢强度的提高更能提高试件的承载能力。基于约束混凝土理论提出的组合十字形钢管混凝土承压(轴压、偏压)极限承载力计算方法有较好的适用性。     

内置型钢钢管混凝土轴压构件设计方法研究及 可靠度分析

为使内置型钢钢管混凝土构件在实际工程应用中有矩可循、有法可依,采用ABAQUS有限元软件建立了内置型钢钢管混凝土构件轴压模型,通过与已有试验结果对比验证了数值模拟的可靠性。基于内置型钢钢管混凝土力学性能及工作机理,分析了混凝土强度、钢管强度、内置型钢强度、钢管含钢率以及内置型钢含钢率等参数对构件承载力的影响; 以提出的计算方法为基础,分析了不同荷载效应比ψ对该类构件可靠度的影响。考虑实际工程参数,分别提出了内置型钢钢管混凝土轴压短柱强度承载力计算公式与内置型钢钢管混凝土长柱的稳定承载力计算公式,建议了内置型钢钢管混凝土轴压构件的设计方法。以稳定系数φ为参数,提出了内置型钢钢管混凝土轴压构件极限承载力与稳定承载力的统一计算方法。研究结果表明:基于提出的计算方法得到的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力可靠度指标基本符合统一标准规范要求。     

基于统一强度理论的钢管自应力混凝土柱极限承载力研究

为预测钢管自应力混凝土柱的极限承载力,基于双剪统一强度理论,对钢管自应力混凝土轴压柱进行受力分析,引入长细比折减系数,考虑混凝土自应力从而得到了约束系数k的计算新公式,构建了一种新的钢管自应力混凝土柱极限承载力理论计算方法。将该计算方法分析的结果与已有试验数据进行对比,两者吻合良好。进一步分析了混凝土强度、钢材屈服强度、自应力值、钢管壁厚和钢管外径对钢管自应力混凝土柱轴压极限承载力的影响,各因素的影响顺序为：钢管外径>钢管壁厚>混凝土强度>钢材屈服强度>自应力值。