三向荷载作用下圆钢管材料本构模型研究

空间网格结构在地震作用下,材料塑性发展严重,材料损伤将对结构的性能产生重要影响。为得到能够精确反应空间网格结构在复杂荷载作用下材料损伤累积的本构模型,设计空间结构常用圆钢管进行三向加载试验,通过不同的加载方案考察试件的空间滞回特性;编制考虑损伤和裂纹效应的ABAQUS用户子程序对试验进行数值模拟,利用试验曲线与数值曲线...     

纤维单元单轴材料本构对圆钢管轴向滞回性能模拟的影响研究

基于纤维单元和单轴材料本构的多段梁法在钢管结构的滞回性能模拟中得到了广泛应用。利用OpenSees程序和多段梁法,以现有的3个圆钢管轴向加载滞回性能试验为基准,对以下4种常用的单轴材料本构对圆钢管轴向滞回性能模拟的影响进行了研究:不考虑弹塑性过渡段的随动硬化模型、考虑弹塑性过渡段的随动硬化模型、不考虑弹塑性过渡段的混合硬化模型和考虑弹塑性过渡段的混合硬化模型。分别对3个圆钢管的轴向荷载-轴向位移滞回性能进行了试验和数值模拟的对比分析,研究表明,包含弹塑性过渡段的混合硬化单轴材料本构模型能够有效模拟圆钢管的轴向滞回性能,而不考虑弹塑性过渡段的随动硬化单轴材料本构模型不能有效模拟圆钢管的轴向滞回性能;单轴材料本构中弹塑性过渡参数对圆钢管的轴向滞回性能有较大影响,应在模型中考虑;各向同性硬化系数对圆钢管的轴向滞回性能影响不大;不同杆件的单轴材料本构模型参数可能有较大差异,应根据试验数据确定参数取值。     

典型宋式斗棋滞回耗能特性及其简化滞回模型研究

合理可靠的斗栱数值模型是研究其滞回耗能特性的基础。通过对27个、4种典型宋式斗栱试验数据进行了对比分析,研究了不同形式斗栱的滞回耗能特性及其关键影响因素。在此基础上,提出了一种可反映不同形式斗栱滞回耗能特征的简化滞回模型,建议了关键滞回耗能参数的取值方法。结果表明:柱头铺作与补间铺作均呈现较为相似的、饱满的滞回特征,随着跳数的减少,滞回曲线渐趋饱满;叉柱造柱头铺作整体呈现明显的捏拢滞回特征,沿华栱方向加载所得的滞回曲线捏拢程度显著大于泥道栱方向;转角铺作滞回曲线最为饱满。数值模拟与试验结果对比表明,所提出的简化滞回模型及其关键滞回耗能参数取值方法可以准确反映不同形式斗栱的滞回耗能特征和总塑性耗能,验证了该模型的合理性和可靠性。     

低周反复荷载作用下N型圆钢管相贯节点滞回性能研究

N型圆钢管相贯节点是钢管结构中常用的节点形式。为了研究不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响,针对不同的几何参数,支、主管直径比β,主管厚径比γ,两支管间隙比,两支管间的夹角,建立模型进行有限元分析,得到几何参数取不同值时,节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线。通过有限元结果的对比与分析,得到不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响。     

X形圆钢管相贯节点平面外受弯滞回模型研究

采用数值分析方法对X形圆钢管相贯节点的平面外受弯滞回模型进行研究。针对影响节点性能的主要几何参数,建立206个已校验的有限元模型进行参数分析,通过多元回归技术得出基于Menegotto-Pinto方程的节点平面外弯矩-转角曲线方程,以及平面外受弯滞回模型,经比较,与数值分析结果吻合较好。通过一个单层网格结构算例,验证了滞回模型的准确性和有效性。     

剪切板阻尼器的滞回性能参数研究

对具有等间距加劲肋的剪切板阻尼器进行参数分析,考察包括腹板柔细比参数Rw、翼缘对腹板的板厚比tf/tw、加劲肋刚度比γs/γs*和形状系数α等力学性能参数对剪切板阻尼器滞回性能和延性的影响,并提出合理的参数取值范围。为了更真实地反映剪切板的非线性大变形行为,以通用有限元程序ABAQUS为模拟平台,考虑初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的材料本构关系。静力反复加载的数值试验结果表明,在所建议的参数取值范围内,这类剪切板阻尼器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,可作为有效的消能减震装置用于建筑和桥梁等工程结构中。     

圆钢管再生混凝土长柱轴压性能有限元分析

基于5根圆钢管再生混凝土长柱试验,选取了合理的本构关系,利用大型通用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土长柱进行了静力加载,并对比分析了模拟结果与试验结果。在此基础上对圆钢管再生混凝土长柱进行了参数分析,研究了长细比、取代率对圆钢管再生混凝土长柱受力性能的影响。结果表明,构件的承载力随着长细比的提高而降低,随着取代率的提高呈先提高后降低的趋势。     

方钢管轻骨料混凝土柱抗震性能数值分析

目前我国对方钢轻混柱轴向受力性能研究颇多,对其滞回性能研究较少,文中基于大型建模软件ABAQUS建立了9个方钢轻混柱滞回性能分析模型,通过控制钢材屈服强度、轻骨料混凝土抗压强度和长细比三大参数,研究其构件骨架曲线和滞回曲线。结果表明随着钢材屈服强度的增加,对滞回曲线总体无明显影响,加载后期对骨架曲线有影响,构件承载力有所提升,延性、弹性阶段的钢度无明显变化;随着轻骨料混凝土抗压强度的变化,对其滞回曲线骨架曲线影响较小,构件弹性阶段内其水平承载力、钢度、延性影响较小;随着长细比的增加,对其滞回曲线和骨架曲线影响较大,其水平承载力、钢度、延性有明显下降。     

往复荷载作用下的圆钢管混凝土柱有限元分析

在选取合理的材料本构模型、单元类型、接触设置和网格划分等关键参数的基础上,利用ABAQUS建立了圆钢管混凝土柱计算模型,对其进行了往复荷载下的有限元分析,得到了圆钢管混凝土柱的滞回曲线。将计算结果与试验结果进行对比得知两者的滞回曲线吻合较好,验证了模型的正确性,因此,提出一些关键参数选取的建议,可为相似问题的圆钢管混凝土柱有限元分析提供参考。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

空间受力巨型钢柱滞回性能的影响因素分析

采用双重非线性有限元程序ANSYS5.7,分析了不同加载方式、轴向荷载、支撑长细比、支撑轴向刚度和横梁刚度等因素对人字形和X形支撑的巨型钢柱滞回性能的影响规律。为巨型钢框架结构中巨型钢柱的设计提供了理论依据和合理建议。     

Concrete-filled steel circular tubes subjected to constant amplitude cyclic pure bending

This paper describes an experimental investigation of the cyclic inelastic flexural behaviour of concrete-filled tubular (CFT) beams made of cold-formed circular hollow sections and filled with normal concrete. Cyclic bending tests were performed using a constant amplitude loading history on different CFT specimens with diameter-to-thickness ratios (D/t) ranging from 20 to 162. The CFT beams exhibited stable hysteresis behaviour up to the formation of plastic ripples and then showed considerable degradation in stiffness, strength, and ductility depending on the D/t ratio. Seismic capacity parameters are presented including strength, stiffness, rotation capacity, hysteresis loops and modes of failure of the specimens. Peak moments obtained in the cyclic tests are compared with those obtained previously in monotonic tests and also with design moments predicted using the available design rules for composite beams. The deformation ductility demand was determined and used to derive new fully ductile section slenderness limits suitable for seismic design.     

方钢管-钢骨高强混凝土偏压柱试验研究与理论分析

进行了10个方钢管-钢骨高强混凝土单向偏压柱的试验研究,研究其破坏形态及工作机理,分析在不同长细比、偏心率、配骨指标及不同加载方向条件下偏压柱的力学性能。结果表明：在试验参数范围内,偏压柱的承载力随长细比的增加缓慢下降,初始刚度迅速减小;偏心率的增长导致承载力降低,初始刚度减小;配骨指标的增加使构件的承载力逐渐增长;强、弱轴两个加载方向对承载力及初始刚度的影响不明显。利用纤维模型法编制了偏压柱非线性分析程序,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,通过计算分析了主要参数对承载力的影响。最后,通过对大量计算结果的回归,得出了实用的偏压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。图12表2参8     

往复荷载作用下开洞砖塔子结构受力性能研究

结构开洞对砖石古塔的抗震能力影响显著,为研究不同开洞形式砌体古塔的抗震性能,以玄奘塔中部楼层为原型结构,设计制作了3种洞口开设方式的子结构模型,对其进行低周反复加载试验。观察了模型结构的破坏现象,得到了模型顶点水平荷载-位移滞回曲线与骨架曲线,对比分析了采用不同开洞方式时,模型结构的滞回特性、刚度退化以及耗能能力等。建立子结构有限元模型进行分析,将分析结果与试验结果进行对比。结果表明,在塔体结构平面尺寸相同的条件下,开洞口方式对结构的刚度、承载力及延性的影响显著;单面开洞、双面开洞及四面开洞时结构的破坏模式不同,但均为洞口顶部首先开裂,并与其他墙体内所产生的剪切裂缝将塔体分割为不同形状的破坏单元,改变了荷载原有的传递方式,从而影响结构的破坏模式;有限元分析与试验所得极限水平荷载相差均在15%以内,有限元模型能够较为准确地模拟开洞古塔子结构的受力性能。研究结果可为砖石古塔的抗震性能评估提供依据。     

国产钢材LYP225的低周疲劳试验研究

目前,对于低屈服点钢材的低周疲劳性能试验的研究不多。对两组不同尺寸的国产低屈服点LYP225钢材进行低周循环加载试验,研究其循环骨架曲线、滞回环特点、低周疲劳寿命等特性;同时探讨长细比对低屈服点钢材疲劳寿命的影响。通过Ramberg-Osgood模型对不同应变幅加载下的滞回环进行拟合,得出钢材循环骨架曲线;通过Coffin-Manson模型拟合得到钢材的低周疲劳寿命S-N（应变-寿命）曲线;通过试验数据确立了混合强化参数并将其输入ABAQUS软件中,所得结果能很好地模拟LYP225钢材的滞回曲线。试验结果表明:国产LYP225钢材滞回环饱满,表现出良好的延性,低周疲劳特性好于国外相同试样尺寸的同等级钢材;国产LYP225钢材低周疲劳寿命受试样长细比的影响较大,相同应变幅下,长细比越大其低周疲劳寿命越低;通过试验数据拟合得到的强化参数可用于构件在整体结构中的地震反应分析。     

考虑损伤效应的钢管转换柱抗震性能试验研究与理论模型

为研究传统风格建筑钢结构转换柱连接的抗震性能及其恢复力特性,对不同上柱长细比（8.9和12.5）与轴压比（0.2和0.4）的4个钢管转换柱连接进行了低周往复加载试验,记录并分析了其受力过程和破坏形态。试验结果表明：随着轴压比和矩形钢管长细比的增大,转换柱连接的P-Δ效应加剧,构件的承载力逐渐降低。通过理论计算提出骨架曲线特征点计算式,得到理想双折线骨架曲线恢复力模型。同时,考虑累积耗能与变形对构件性能退化的影响,引入一个适用于传统风格建筑转换柱连接的损伤模型,确定了柱连接构件在每次滞回循环后的累积损伤指数,基于试验拟合结果定量描述其卸载刚度等力学性能指标的退化规律。最终给出转换柱连接构件在各受力阶段具体的滞回规则,得到考虑损伤效应的传统风格建筑钢转换柱连接的恢复力模型。经比较,所建议的考虑损伤效应的恢复力模型与试验结果吻合程度较高,能够很好地描述传统风格建筑钢转换柱连接在低周反复荷载作用下的受力特征与滞回特性。     

可变振幅循环荷载作用下的纯弯曲冷弯圆形钢管混凝土梁

对钢管混凝土在循环荷载作用下的非弹性弯曲性能进行试验研究。对可变振幅循环荷载系列下,不同尺寸的钢管混凝土进行控制旋转、均匀循环弯曲试验,表明钢管混凝土梁具有局部弯曲稳定的滞后性能,可根据D／t比值说明强度和延展性的退化。根据强度、滞回曲线和破坏模式,提出抗震性能参数。在循环试验中获得的最大弯矩与采用钢和混凝土规定中所预测的弯矩进行比较,确定适合抗震结构系统设计和建造的新长细比限值。对新长细比限值与设计规范中的限值进行比较。     

钢筋砼等肢L形截面双向偏心受压柱的设计方法

通过对不同长细比、相对偏心距及荷载角的等肢L形截面双向偏心受压柱的非线性全过程计算机分析,得出了其承载力和侧向挠度的基本规律,并提出利用偏心距增大系数进行设计的方法.同时给出了等肢L形截面双向偏压柱划分为长短柱的界限.     

FRP约束圆钢筋混凝土柱滞回性能的理论分析

在分别确定FRP、钢筋和核心混凝土在单调应力以及往复应力作用下的应力-应变关系模型的基础上,采用纤维模型法对FRP约束圆钢筋混凝土柱的M-和P-Δ滞回曲线进行了计算,计算结果和试验结果吻合较好。在数值计算的基础上,分析了含FRP率、钢筋屈服强度、纵向配筋率、混凝土强度、轴压比和长细比等参数对FRP约束圆钢筋混凝土压弯构件M-和P-Δ滞回关系骨架曲线的影响规律,最后建议了简化的滞回模型。