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。     

横向冲击荷载下高强钢管混凝土构件的性能

介绍一组新的关于横向冲击荷载下钢管高强混凝土构件的试验数据。对总共12个圆型钢管混凝土样本和用于对照的中空钢管进行测试。所用的钢管混凝土构件的混凝土强度达到75 MPa。建立一个有限元分析(FEA)模型来预测钢管高强混凝土构件的冲击性能,试验结果验证了这个模型的准确性。使用有限元分析模型对冲击荷载下钢管混凝土构件的性能进行全过程分析,从而了解受力状态、内力分布和抗弯承载力。最后,根据参数分析得到一个简化模型,从而计算冲击荷载下钢管混凝土构件的抗弯承载力。     

侧向冲击下钢管混凝土(CFST)构件的性能:试验和有限元模型

研究钢管混凝土(CFST)构件的冲击特性。通过一系列试验来获得侧向冲击下受冲击力影响的组合构件的失效模式和时程分析。试验参数包括CFST样本的轴向载荷等级、约束因素和冲击能。建立一个包含钢筋和混凝土材料应变率效应、钢管和核心混凝土间相互作用以及外部钢管对核心混凝土约束效应的有限元模型。试验数据被用于验证有限元模型的准确性且基本上与之吻合。同时使用有限元模型进行了CFS冲击性能的全过程分析。     

局部荷载作用下方钢管混凝土的性能试验

对局部荷载作用下薄壁方钢管混凝土进行试验研究,荷载通过钢支座(BM)施加。共有20个试件,包括12个钢管混凝土(CFST)试件、4个空心截面(HSS)试件和4个普通混凝土(PC)试件。在试验中考虑的参数包括:1)BM的类型,实心和空心;2)BM与受压构件的宽度比,0.36~0.73;3)受压构件的钢管壁厚,2.6mm和3.7mm;4)BM与受压构件之间的角度,45°和90°。结果表明,局部荷载作用下方形钢管混凝土依然具有较高的承载能力和较好的抗变形能力,并且CFST构件的性能比HSS和PC构件之和更好。使用CIDECT设计准则以及冯和杨提出的简化设计方法,计算局部荷载作用下方钢管混凝土的承载力,并与试验结果进行比较。     

矩形钢管混凝土构件抗弯性能研究

为研究厚实、非厚实和薄柔截面矩形钢管混凝土(CFST)构件的抗弯性能,提出一种有限元分析(FEA)模型。使用70组试验结果对有限元模型进行验证。有限元分析得到的复合构件极限抗弯承载力和弯矩-跨中挠度关系曲线与试验结果相符。利用有限元模型研究核心混凝土的破坏模式、外钢管典型的残余变形以及整个加载过程中组合结构的应力-应变分布。分析结果表明,组合梁中钢材和混凝土的相互作用使其产生了应力重分布,从而提高了矩形钢管混凝土梁的抗弯承载力和延性。最后,使用可靠性分析方法对欧洲规范EC 4(2004)、美国AISC(2010)和中国规范DBJ/T 13-51-2010中组合梁的现有设计公式进行了评估,结果发现,设计公式的可靠性指标较好。     

通过有限元法计算受压构件的纯畸变弹性屈曲荷载

基于有限元法,提出一个分析方法,可以计算纯畸变弹性屈曲荷载。计算中采用的有限元模型为非耦合屈曲变形模式。具体方法分为2步:第1步,采用一般梁理论(GBT)分析构件横截面,在此可以给有限元模型施加约束条件;第2步,对受约束有限元模型进行线性屈曲分析,确定纯畸变荷载。将此法应用于开口薄壁构件和冷弯构件,得到的畸变荷载非常准确,与一般梁理论和约束有限条法(cFSM)计算的荷载值一致。     

双金属复合管混凝土构件受弯滞回性能研究

在不锈钢(外)-碳素钢(内)双金属复合管内填入混凝土所形成的双金属复合管混凝土(CFBT)构件，具有良好的受力性能和耐腐蚀性。为研究CFBT构件在低周往复荷载作用下的弯曲滞回性能，开展了3个CFBT试件和1个传统碳素钢管混凝土(CFST)试件的加载试验和有限元模拟，分析不同混凝土强度条件下试件的破坏形态、荷载-变形滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度等受力性能。研究结果表明：往复荷载作用下CFBT受弯构件的变形和破坏特征与CFST受弯构件相似，最终均呈现为底梁附近钢管局部鼓曲、对应位置的内填混凝土压溃破坏；所有构件的弯曲滞回曲线饱满，无明显捏拢和退化现象，表明双金属复合管与内填混凝土能有效共同工作，使整体构件具有良好的承载力和滞回耗能能力；内填混凝土的强度对CFBT构件受弯承载力和滞回性能的影响不显著；在常用金属材料强度范围内，双金属复合管的不锈钢与碳素钢材料厚度比对CFBT受弯构件的受力性能无明显影响；增大碳素钢的强度或提高含钢率可有效提高CFBT受弯构件的受弯承载力。利用现有的CFST受弯构件计算模型可较好预测相同几何和材料参数条件下CFBT构件的受弯承载力。     

组合荷载作用下钢管混凝土构件的性能分析

研究了薄壁钢管混凝土构件在组合荷载如压扭,弯扭,压力、弯曲和扭转作用下的性能。采用ABAQUS软件进行有限元分析,对比发现,模型的计算结果与试验一致。采用该模型对在如压扭、弯扭、压弯扭等组合荷载下影响构件极限强度的重要参数进行研究分析。参数研究有利于今后推导计算复合构件在组合荷载作用下极限强度的公式。     

某超高层钢管混凝土框筒结构施工模拟分析及方案优化

利用有限元程序SAP2000并考虑材料、边界条件和荷载作用的时变性与桩基础沉降等影响因素,以单元生死法精确模拟了施工过程,对某超高层钢管混凝土(CFST)框筒结构在施工阶段的竖向变形差异、构件内力分布变化规律和施工方案的优化进行了研究。分析了不同工况和施工方案对CFST框筒混合结构的内力和变形的影响,得到了最优的施工方案,并根据竖向变形的分析结果,对竖向承载构件的施工标高进行了预调值计算分析。     

偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的性能

锥形中空夹层管混凝土(CFDST)柱常被用于输电塔并有可能成为另一种类型的复合框架结构。然而,尚未对偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的性能进行研究,对不同偏心荷载作用下的锥形中空夹层混凝土柱进行研究。数值研究也使用了有限元模型对锥形构件的性能进行了预测。比较锥形构件和直角构件的强度和应力分布。通过数值计算研究锥形柱的稳定性。最后,使用"等效柱"的概念预测偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的荷载力。     

横向撞击作用下圆钢管混凝土柱剩余承载力和损伤研究

为研究横向撞击荷载作用下圆钢管混凝土(CFST)柱剩余承载力和损伤,以撞击体横向撞击CFST柱为研究对象,运用有限元软件ABAQUS建立CFST柱模型,通过沙漏能控制、对已有试验进行有限元模拟,验证所建立的有限元模型的合理性.分析撞击能、约束效应系数、长径比和轴压比4种影响参数对CFST柱剩余承载力及损伤的影响.结果 表明:CFST柱剩余承载力与撞击能、长径比呈负相关,与约束效应系数呈正相关,轴压比对CFST柱的承载能力影响存在变异性;得到受损CFST柱剩余承载力与4种影响参数的计算公式.基于最大位移、剩余承载力两种评估指标建立以撞击质量、撞击速度为主控影响参数的损伤等级评估曲线,根据撞击质量、速度的组合点所在损伤等级评估曲线的位置,可快速判定受损CFST柱的损伤等级.     

基于拓扑优化技术的高性能剪力墙优化设计

剪力墙是高层建筑物重要的结构构件。剪力墙主要承受竖向力和水平作用力,其边缘构件的底部混凝土由于拉力作用容易开裂失效,从而出现局部损伤,导致整片墙过早的失去工作能力。为了使剪力墙有更好的工作性能和更优的材料布置,基于拓扑优化理论对钢筋混凝土剪力墙进行优化设计。首先应用Hyperworks软件中的拓扑优化程序对传统剪力墙进行优化分析,根据计算的结果,进行混凝土剪力墙钢筋笼的重新设计,然后利用有限元软件ABAQUS对钢筋笼优化布置之后的剪力墙模型进行竖向荷载和水平荷载共同作用下的推覆模拟分析。通过剪力墙优化前后的抗震性能有限元模拟分析对比结果表明,根据拓扑优化结果重新设计的剪力墙表现出更好的抗震性能,研究结果对类似结构设计具有参考价值。     

脱空缺陷对钢管混凝土滞回性能的影响分析

在充分考虑往复荷载下钢材的包辛格效应、混凝土损伤累积以及刚度退化的基础上,合理选择构件各部件的单元类型以及部件之间的接触模型,建立反复荷载下带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土压弯构件的有限元模型。有限元算例结果表明,计算的破坏模态和侧向荷载(P)-侧向位移(Δ)滞回关系曲线与试验结果总体上吻合良好。在此基础上,结合典型构件的有限元模型对带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土压弯构件的滞回特性进行全过程分析,并对带球冠形脱空缺陷构件的钢管与混凝土之间的相互作用机理进行分析。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土板破坏评定方法

压力-冲量(P-I)曲线是结构构件在爆炸荷载作用下的初始设计及在爆炸荷载作用后的破坏评定的有效工具。目前,确定结构构件的P-I曲线采用的方法均是基于单自由度结构体系假定的,并且多以结构构件的中点位移作为破坏指标。然而在爆炸荷载作用下,结构构件大多因高阶响应而发生局部破坏,且可能发生弯剪破坏。因此,通过将结构构件简化为单自由度体系模型并且选择结构构件中点位移为单一破坏指标获得的结构构件的P-I曲线,不能准确评定其破坏程度。利用LS-DYNA有限元动力分析软件,建立了典型钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下响应和破坏的分析方法,提出了基于钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的破坏指标以及利用数值方法确定钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的步骤。同时,综合分析数值模拟结果,拟合了钢筋混凝土板P-I曲线的数学表达式,提出了一种简化了的确定钢筋混凝土板P-I曲线的方法,采用该方法确定的P-I曲线可用来对任意爆炸荷载作用后钢筋混凝土板的破坏进行评定。     

局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的后屈曲性能及直接强度设计

对直接强度法(DSM)进行改进,以计算局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的极限强度。首先,采用壳体有限元分析方法分析薄壁构件的几何特性和材料的非线性特性,并简单描述该分析过程的主要内容。利用该方法建立卷边槽钢柱的极限荷载"数据库",以用于改进和评估DSM设计方法。其次,简要回顾了当前计算局部和畸变作用下柱破坏时承重能力的DSM表达式,特别是考虑局部和畸变交互作用的方法。此外,研究了两种边界条件下(铰接和固接)局部/畸变屈曲相互作用下几何尺寸不同的276根卷边槽钢柱的极限荷载,给出ABAQUS软件的参数研究结果,并对其进行了讨论。最后,将这些极限强度数据与DSM计算结果进行比较,结果表明,采用DSM计算局部/畸变屈曲交互作用时需考虑某些特性。     

对DYNA3D中K&C混凝土模型的探讨

LS-DYNA3D有限元软件中的KC混凝土模型(MAT_CONCRETE_DAMAGE)充分考虑了混凝土材料的应变率效应、损伤效应、应变强化和软化作用,近年来在爆炸、侵彻等方面得到广泛应用,但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不够。首先介绍KC混凝土材料模型的基本原理,然后通过模拟FOAM HEST试验研究了其预测爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动态响应的能力,并将分析结果与试验数据进行了对比。结果表明,该材料模型可以较好地预测爆炸动荷载作用下钢筋混凝土构件的动态响应。     

弯曲-外压下钢丝缠绕增强复合管的力学分析

钢丝缠绕增强复合管(PSP)是一种性能优良的金属增强复合管。它由高密度聚乙烯(HDPE)基体层和高强度钢丝螺旋增强层组成。理论分析中采用考虑剪切变形的非线性环理论和虚功原理,依据回型模型法不考虑钢丝增强作用得出弹性系数来简化增强层,将PSP的受力情况简化成二维平面模型,研究弯曲-外压组合荷载作用下PSP的弯矩、曲率、椭圆度等参数变化情况。采用ABAQUS有限元软件建立嵌入钢丝的PSP模型,在相同的弯曲-外压组合荷载作用下得到相关力学参数。比较了理论分析和有限元方法,发现两者所得到的力学参数相近,可以用来对PSP进行弯曲-外压组合荷载下的力学分析。     

温度和荷载共同作用下钢管混凝土短柱的性能分析

采用有限元模型研究温度与荷载共同作用下的钢管混凝土短柱的荷载-变形关系。该模型用来模拟一系列各种温度和力学加载条件下的钢管混凝土短柱试验,包括高温测试、常温下构件残余强度测试,以及无初始荷载的ISO-834标准温度下的构件测试。预测结果以及试验结果的对比表明:模型可以准确预测构件的荷载-变形关系。然后采用该有限元模型分析在具有初始荷载、加热和制冷条件下完全加载过程中的钢管混凝土短柱的性能,以观察构件横截面的应力分布和各个加载阶段的应力发展情况。所有构件在制冷过程之后都加载至极限强度,利用一系列参数对其残余应力进行了分析。结果发现:在温度和荷载共同作用下的构件极限强度,要比只有温度作用而无初始荷载的构件极限强度略低,但是在极限强度时,前者的最大应变显著增加。     

型钢混凝土柱粘结滑移性能及ANSYS数值模拟方法研究

进行了20个型钢混凝土构件的推出试验、20根型钢混凝土偏心受压柱试验,以及23根型钢高强混凝土柱在反复荷载作用下的试验。通过在型钢与混凝土之间埋设的电子滑移传感器和电阻应变片,得到了粘结应力和内部滑移沿型钢埋置长度的分布规律;考虑了混凝土强度、型钢的保护层厚度和埋置长度,以及横向配箍率等诸因素,建立了型钢混凝土粘结强度的计算公式;分析了构件长细比、荷载偏心距对粘结强度和滑移应变的影响,提出了偏心受压柱粘结滑移本构关系的一般表达式;研究了型钢高强混凝土柱在动力作用下粘结滑移的分布规律和粘结退化机理,提出了反复加载条件下的粘结滑移本构模型。结合目前广泛应用的大型商业软件ANSYS程序,对型钢混凝土构件的非线性有限元分析方法进行了研究,全面介绍了数值计算中所涉及到的材料模型定义、几何模型建立、单元划分、约束条件处理等技术问题,并提出了采用非线性弹簧单元(Combination39单元)对型钢混凝土粘结滑移进行模拟的实用方法。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

利用有限元方法,对往复荷载下圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载-位移全过程进行计算。有限元模型中合理地考虑往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载-位移全过程进行分析。