局部荷载作用下圆钢管混凝土有限元分析

对与构件垂直或成45°角的局部荷载作用下的圆钢管混凝土(CFST)进行有限元分析(FEA)。利用已发表在国际期刊上的试验结果对建立的有限元模型进行了验证。采用该有限元模型对局部荷载作用下的CFST进行有限元分析,研究其典型的失效模式和荷载-变形曲线。最后,给出计算局部荷载作用下CFST强度的简单计算公式。所提出的建议公式可避免支撑构件过早屈曲以及弦杆过早断裂。     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

局部承压的圆形钢管混凝土构件试验

在很多桁架和网格结构中,钢管混凝土(CFST)构件都承受局部压力作用。以往的研究主要集中在这种荷载条件下的矩形CFST构件的性能,但是缺少对受局部承压力的圆形钢管混凝土构件的认识。文章意图填补这个领域的空白。对圆形钢管混凝土构件进行一系列试验,对无填充的圆钢管和素混凝土样本施加局部承压力。垂直加裁或呈45℃加载于构件上。由于荷载-变形曲线显示了其延性,采用一种变形极限来确定样本的极限强度。根据试验结果研究几种重要参数的影响。最后,提出可以预测局部承压的圆形钢管混凝土构件极限强度的设计公式。     

内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究北大核心CSCD

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。     

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     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。     

GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压试验

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGC-SC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据;对比了GGCSC与GFRP管-普通混凝土-钢管空心柱轴心受压性能的差...     

钢管混凝土箱形叠合柱抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土箱形叠合柱(简称CFST箱形叠合柱)的抗震性能,以面内柱肢间距和轴压比为参数,进行了5个CFST箱形叠合柱试件和1个CFST格构柱试件的拟静力试验.研究结果表明:水平低周反复荷载作用下,CFST箱形叠合柱的荷载-位移滞回曲线呈捏拢状,主要破坏形式表现为面外方向外包混凝土的水平裂缝、面内方向腹板的斜向裂缝...     

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料（GFRP）约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。     

往复偏心拉压荷载下矩形钢管混凝土柱工作性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土柱在往复偏心拉压荷载下的工作性能,进行了4个截面外廓尺寸为130 mm×170 mm的矩形钢管混凝土柱模型在往复偏心拉压荷载下的工作性能试验研究,其中:2个试件的钢板厚度为3 mm,相应配钢率为8.14%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉;2个试件的钢板厚度为1.5 mm,相应配钢率为4.07%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉。通过试验,对比分析了各试件承载力、刚度、延性和破坏特征。研究表明:矩形钢管腔体内设置栓钉可显著提高构件的抗拉和抗压性能;矩形钢管钢板厚度较大的试件对栓钉约束能力较强,可提高栓钉与混凝土的共同工作性能。     

预压低碳钢和不锈钢空心钢管与钢管混凝土柱的冲击性能

研究受静力横向荷载和预压轴向冲击荷载下低碳钢和不锈钢空心钢管与钢管混凝土柱的性能。在柱中部或1/4处施加横向荷载。近来,在University of Western Sydney和University of Wollongong进行了3组试验,获得了受横向静力荷载和预压或无预压冲击荷载下的低碳钢和不锈钢空心钢管与钢管混凝土柱的性能。介绍关于对柱施加轴向和横向荷载的第三组试验的试验结果。研究静力和冲击荷载下低碳钢和不锈钢空心钢管与钢管混凝土柱的有限元建模方法。使用有限元分析软件ABAQUS建立一个包括非线性材料性能、钢的加强角性能和预压荷载三维的非线性有限元模型,从而模拟静力和冲击试验。研究主要目的是比较低碳钢和不锈钢空心钢管与钢管混凝土柱性能的试验结果和数值结果。此外,比较冲击荷载下内填钢管和空心钢管的性能。荷载-挠度响应和极限强度的试验结果与有限元结果较为一致。同时,比较静力和冲击荷载下空心与不锈钢钢管混凝土柱和空心与低碳钢钢管混凝土柱的结果。一般来讲,与低碳钢试验构件相比,不锈钢试验构件的强度更高,耗能能力更好。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面承载力的试验研究

对5个双钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验。试验结果表明,在轴心受压荷载作用下双钢管混凝土柱的受力全过程是由弹性、弹塑性以及破坏3个阶段组成的,具有很好的延性。由于双钢管混凝土短柱截面含钢率较高,钢管对核心混凝土的约束效应较大,所有试件破坏模式均为腰鼓型破坏。试件的整体工作性能较好,外钢管与内钢管变形一致,试件的极限承载力随着套箍系数增大逐步增加。     

矩形钢管混凝土受弯构件材料本构关系与失效判据研究

为了正确评估矩形钢管混凝土(CFST)受弯构件的承载力,提出钢管和核心混凝土材料本构关系的修正模型,建立CFST受弯构件的承载力失效判据。首先,考虑受拉区钢管双轴受拉有利应力状态及受压区钢管双轴拉压不利应力状态,并基于矩形CFST轴压短柱试验数据库,通过回归分析建立约束混凝土峰值应力表达式,在此基础上建立矩形钢管混凝土材料本构关系的修正模型。其次,基于构件承载能力极限状态,并合理考虑受拉区钢管的应变强化段,提出矩形CFST受弯构件的承载力失效判据。最后依据纤维模型法和试验数据库对比分析CFST受弯构件的不同材料本构关系和失效判据的精度及适用性。结果表明,所建立的CFST构件材料本构关系和承载力失效判据能够更加准确地反映矩形CFST构件的抗弯能力,具有更高的计算精度和广泛的适用性。     

不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱偏压性能研究

多室T形钢管混凝土柱作为建筑结构的边柱,会受到不同角度荷载的作用。为研究不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱的受力性能,进行了7个多室T形截面钢管混凝土柱试件和1个无肋对比试件的偏压性能试验研究,试验主要参数包括加载角度(45°、90°、135°和180°)、荷载偏心率(0、0.25和0.5)和长细比(31.5和41.9)。结果表明：采用多室截面能够有效延缓T形截面钢管混凝土柱的局部屈曲,承载力比无肋试件提高10.8%;加载角度135°对应的承载力最大,180°对应的承载力最小,最大相差17.3%;随着荷载偏心率或构件长细比的增加,柱峰值荷载下降,峰值荷载对应的柱中挠度增加。采用有限元软件建立了不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱偏压的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。在参数分析基础上,获得了不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱稳定系数和相对轴力-弯矩相关曲线简化计算方法,简化计算结果得到了试验结果的验证。     

配筋薄壁钢管高强混凝土柱的轴心受压性能研究

为了探索配筋对薄壁钢管高强度混凝土柱轴心受力性能的改善机理,进行了18根试件的轴心受压试验。试验中设计了2种混凝土保护层厚度的配筋钢管混凝土及对应的钢筋混凝土、钢管混凝土和素混凝土等6组试件,以弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段的荷载与位移或荷载与应变关系、承载力、套箍系数为评价参数,研究了此类构件的基本力学特性,并发现:核心混凝土内配置钢筋后采用薄壁钢管是可行的;要提高钢管混凝土的工作性能,配置钢筋的效果明显优于增加钢管壁厚的效果。最终提出了适合此类构件的承载力计算公式。     

内斜外正双重方钢管复合约束混凝土柱轴压性能试验研究

为研究内斜外正双重方钢管复合约束混凝土柱的轴压性能,设计8个组合柱试件和1个普通方钢管混凝土柱试件(SC1)进行轴心受压加载试验。变化参数包括内方钢管边长和壁厚、外方钢管壁厚、试件高宽比、芯柱面积比。试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移全过程曲线,深入分析了各变化参数对试件破坏形态、轴压承载力、延性、耗能、刚度退化的影响规律。结果表明：组合柱试件在轴向压力作用下的破坏形态表现为塑性段弯曲失稳破坏和局部屈曲破坏,内钢管在核心混凝土与夹层混凝土的共同作用下产生连续不断的褶皱,而外钢管受到混凝土的挤压作用向外鼓曲,试件脱黏区域均出现了不同程度的鼓曲,较大的脱黏区域对试件最终破坏形态有明显影响。与试件SC1含钢率相近的组合柱试件,承载力提高了35%。组合柱试件荷载-位移曲线没有下降段,并表现出很好的塑性强化特性。增大内钢管边长,试件的初始刚度和峰值荷载均提高;受混凝土拌合不均的影响,增大钢管(内或外)壁厚,并没有提高试件峰值荷载,但能够有效改善试件后期的力学性能。高宽比增大到6的试件,受到二阶效应的影响,其破坏形态发生了改变,部分力学指标呈现不同程度的退化。在含钢率差别不大的情...     

方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能研究

以轴压比和空心率为主要参数,进行了12个方中空夹层钢管混凝土试件和4个方实心钢管混凝土试件滞回性能的试验研究。试验表明:方中空夹层钢管混凝土和方实心钢管混凝土荷载-位移滞回曲线饱满,其延性明显优于空钢管试件;轴压比越大的试件,初始刚度越大,但刚度后期退化越快。比较了国内外较典型的几种设计规范(程)对试件抗弯刚度的计算,结果表明,AISC-LRFD(1999)、EC4(1994)、BS5400(1979)、DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的初始抗弯刚度较吻合,DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的使用阶段抗弯刚度最接近。在确定了钢材和混凝土的本构关系的基础上,采用数值方法对荷载-位移滞回曲线进行了计算,理论计算结果与试验结果较吻合。最后分析了轴压比、空心率、长细比、名义含钢率、材料强度等参数对荷载-位移骨架曲线的影响。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载 挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明：方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。     

轴压下异形钢管混凝土短柱试验

尝试研究受轴压荷载的异形钢管混凝土(CFST)短柱的性能,如三角形、扇形、D形、1/4圆形和半圆形。对总共44个试件进行试验,其中包括钢管混凝土短柱和作为参考的中空钢管混凝土短柱。研究改变钢管壁厚度和内填混凝土对组合柱性能的影响。结果显示,所测试的异形钢管混凝土短柱表现了良好的韧性,组合柱的中部发生了外部局部屈曲。一般来讲,这5种异形试验样本的失效模式与方形钢管混凝土短柱相似。最后,提出一个可以预测异形钢管混凝土横截面强度的简化模型。     

钢管混凝土偏心受压承载力的试验及理论研究

进行了16个不同含钢率的钢管混凝土试件的偏心受压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载。以双剪统一强度理论为基础,给出了钢管混凝土承载力的理论计算公式,并与试验进行比较,其结果基本一致,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。