圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能研究

为了研究大空心率的圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的受力性能,对已有的试验数据进行数值模拟,采用经验证的建模方法建立了圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件力学模型.分析了典型构件受力全过程的弯矩-挠度关系曲线、荷载分配、破坏模态等力学行为;并研究了锥度、空心率和剪跨比对构件变形曲线的影响,同时分析了空心率、锥度、外钢管径厚...     

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。     

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。     

圆锥形钢管混凝土长柱力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立圆锥形钢管混凝土长柱力学性能分析的三维实体有限元计算模型,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:有限元计算与试验所得的荷载-3H/4挠度曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上,对圆锥形钢管混凝土长柱受力全过程中钢管与混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用规律,并对长细比、锥度、偏心距、材料强度及钢管壁厚等参数对圆锥形钢管混凝土长柱初始刚度、承载力及荷载-3H/4挠度曲线的影响进行比较。结果表明:圆锥形钢管混凝土长柱在3H/4处发生侧向挠曲破坏,长细比、锥度、偏心距、混凝土抗压强度及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件的抗弯性能试验研究

考虑内钢管径厚比（35～100）、外钢管径厚比（50～120）、空心率（0.72～0.85）及是否配置纵向加劲肋等因素,对5组共10个采用Q690D钢材和C120混凝土的锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土试件进行纯弯试验研究。分析了构件的破坏模式、弯矩-挠度关系曲线、承载力、刚度及应变发展等力学行为,研究了现有规范对锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件抗弯承载力和抗弯刚度计算的适用性。结果表明：受拉区外钢管屈服后,试件进入弹塑性阶段;中和轴位置随着荷载的增加逐渐上移,各试件变形发展符合平截面假定。随着空心率和内、外钢管径厚比的增加,试件极限抗弯承载力和刚度降低;设置纵向通长加劲肋可以有效提高试件极限抗弯承载力,与无肋试件相比,带肋试件的极限抗弯承载力提高了7.29%～20.18%。对于空心率和内（外）钢管径厚比未超限的试件,T/CEC 185—2018的承载力计算结果偏于保守;对于超限试件,T/CEC 185—2018和EC 4的承载力计算结果偏于不安全。对于空心率小于0.82的试件,T/CEC 185—2018和EC 4的抗弯刚度计算值与试验值接近。     

中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

选用考虑再生粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数和热-力本构关系,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱有限元模型。基于此模型,对比了不同再生粗骨料取代率下截面温度场分布,并分析了取代率、荷载比、空心率、钢材强度、内钢管厚度和混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响。研究结果表明:随着取代率增大,构件截面温度普遍下降,耐火极限先减小后增大;随着空心率増大,耐火极限増加;提高外钢管屈服强度,构件耐火极限下降显著;内钢管屈服强度、内钢管厚度和混凝土强度对构件的耐火极限没有明显影响。     

带T形钢的内置钢管混凝土组合柱轴压性能研究

为研究带T形钢的内置钢管混凝土组合柱(简称组合柱)的轴压性能，以T形钢翼缘宽度、翼缘厚度、腹板高度和体积配箍率、截面形式为试验参数，按照缩尺比例1∶3设计并制作了9个带T形钢的内置圆钢管混凝土组合柱、1个带T形钢的内置方钢管混凝土组合柱和1个十字形钢混凝土组合柱并对其进行轴压试验，研究组合柱的破坏形态、荷载-位移曲线、应变发展规律，并分析组合柱的受力机理和各参数对其轴压性能的影响；采用ABAQUS软件建立有限元模型，对比峰值荷载、峰值荷载时有限元与试验得到的组合柱的混凝土损伤和钢材破坏形态，在验证模型正确的基础上，进一步研究组合柱材料属性(混凝土强度、钢材强度)和几何参数(T形钢翼缘(腹板)尺寸、钢管径厚比)对其轴压性能的影响。研究结果表明：峰值荷载后，在箍筋和T形钢板的共同约束作用下，钢管外围混凝土性能得到改善，组合柱延性较好；钢管外围混凝土强度等级从C40提高至C80,峰值荷载提高25%～28%,而提高钢管内混凝土强度等级对提升峰值荷载效果不显著，建议钢管内混凝土强度不宜大于钢管外混凝土强度；钢管径厚比宜在10～18内取值，可显著改善该类组合柱的延性。     

内置型钢的圆钢管混凝土构件轴压承载力计算方法

为适应现代结构不断向高耸、重载、大跨等方向发展的趋势,将内置型钢钢管混凝土应用于柱结构设计中.采用ABAQUS有限元软件建立内置型钢圆钢管混凝土轴压短柱受力全过程分析的数值模型,对已有的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力的试验数据进行计算和验证.分析了该类构件在轴压作用下的应力-应变全过程曲线、截面应力分布及各部件之间的相互作用力;探究了材料强度、型钢含钢率、钢管含钢率及型钢截面形式等主要参数对内置型钢钢管混凝土组合柱强度指标的影响规律.研究结果表明:内置型钢对核心混凝土形成了双重约束作用,使核心混凝土的强度有所提高;型钢、混凝土和钢管之间的协同工作有效提高了柱的承载力及延性;型钢含钢率和型钢截面形式对应变变化影响较小.最后,提出了适用于内置型钢圆钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能分析的三维实体有限元模型,并进行相应的试验,有限元计算与试验所得的荷载-柱中挠度全过程曲线及长柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、材料强度、钢管壁厚及截面尺寸等参数对轴压时长柱极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在1/2柱高处发生侧向挠曲破坏,长细比等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

方锥形钢管混凝土长柱工作机理分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立方锥形钢管混凝土长柱力学性能分析的三维实体有限元计算模型,并进行相应的试验研究。有限元计算与试验所得的荷载-3H/4挠度曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上,分析方锥形钢管混凝土长柱中钢管和混凝土的应力、应变分布情况以及钢管与混凝土之间的组合作用,并比较长细比、偏心距、锥度等参数对方锥形钢管混凝土长柱极限承载力及荷载-3H/4挠度曲线的影响。结果表明:方锥形钢管混凝土长柱在3H/4处发生倾向挠曲破坏,长细比、锥度、偏心距、混凝土抗压强度及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

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。     

中空夹层钢管混凝土短柱的性能分析

对外管为方形中空截面或者圆形中空截面,内管为圆形中空截面的夹层钢管混凝土短柱的抗压性能进行了有限元分析。通过与一系列由不同研究者进行的试验数据进行对比,以证实有限元建模的有效性。归纳了平均应力与纵向应变的典型曲线、混凝土应力曲线、混凝土和钢管的交互曲线以及空心率对CFDST短柱性能的影响。对影响复合柱截面性能的重要参数也进行了分析。     

Investigation on square concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing force: Experiments

Experimental studies on the behaviour of concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing forces are presented in this paper. Sixteen specimens were prepared and tested with the included angle between bearing member (BM) and compression member of 45° and 90°, whilst both the inner and outer steel tubes of the CFDST specimens are square hollow sections (SHS). The main parameters in the tests were: 1) outside width ratio between BM and compression member: from 0.4 to 0.6; 2) hollow ratio of CFDST: from 0 to 0.6; 3) wall thickness of outer steel tube: 3.05 mm and 3.95 mm; and 4) cross-section of BM: solid and hollow. The failure pattern, load versus deformation curve, bearing capacity and corresponding deformation at bearing capacity of the tested specimens are presented and analyzed. The experimental results show that, while subjected to local bearing forces, CFDST specimens have a high bearing capacity and a good deformation-resistant ability. The calculated bearing capacities of CFDST under local bearing forces using the proposed formulae in the paper are evaluated by comparison with the experimental results.     

Analytical behaviour of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

This paper reports a finite element analysis of the compressive behaviour of CFDST stub columns with SHS (square hollow section) or CHS (circular hollow section) outer tube and CHS inner tube. A set of test data reported by different researchers were used to verify the FE modelling. Typical curves of average stress versus longitudinal strain, stress distributions of concrete, interaction of concrete and steel tubes, as well as effects of hollow ratio on the behaviour of CFDST stub columns, were presented. The influences of important parameters that determine sectional capacities of the composite columns were investigated.     

锥形中空钢管混凝土(CFDST)短柱的性能

目前,虽然锥形中空钢管混凝土(CFDST)柱被用于中国的输电塔中,但是关于这类输电塔中构件性能的信息仍很缺乏。因此,本文对锥形CFDST短柱的轴压性能进行研究。研究的参数包括锥角和截面尺寸。通过建立有限元模型分析锥形构件的性能。结果表明,钢管和夹层混凝土不受锥角影响,能够很好地协同工作。锥形CFDST短柱的失效模式与直线型的类似,失效出现在最小截面附近。通过应力分析讨论锥形构件的约束效应。最后,给出用于计算锥形CFDST短柱极限强度的建议公式。     

Behaviour of tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

Recently, tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have been applied in electricity transmission towers in China. However, there is still lack of information on the behaviour of such kind of members. This paper thus carried out the investigation on axially loaded tapered CFDST stub columns. The parameters included the tapered angle and the sectional profile. A finite element analysis (FEA) model was developed to predict the behaviour of the tapered member as well. The results showed that the steel tubes and the sandwiched concrete could work together well despite the tapered angle. The failure mode of the tapered CFDST stub column was similar to that of the straight one, and the failure occurred near the smallest section. The confinement effect of the tapered member was discussed by using the stress analysis. Finally, formulas were suggested for the calculation on the ultimate strength of the tapered CFDST stub column.     

圆中空夹层钢管混凝土柱轴压工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS建模,并对圆中空夹层钢管混凝土轴心受压时的荷载-变形全过程关系曲线进行计算,计算结果与试验结果符合良好。同时,对轴压时荷载-变形全过程中内外钢管和混凝土所承担的荷载及其相互作用力进行分析,并对空心率、名义含钢率和材料强度等因素对相互作用力的影响进行分析。     

初始荷载下中空钢管混凝土柱轴向强度

与传统的钢管混凝土柱相比,中空钢管混凝土(CFDST)柱具有很多优点,诸如自重轻和良好的循环性能。CFDST柱可能被用于桥梁,高层建筑,高架桥和输电塔结构中。内外钢管将承担来自上部结构和浇筑的湿混凝土的初始荷载。由这些初始荷载造成的钢管初应力和变形会影响CFDST构件的性能。因此,对外钢管单独承担初始荷载和内外钢管同时承担初始荷载时,CFDST柱的轴力性能进行讨论。建立通用的有限元模型预测钢管负荷时CFDST柱的性能。通过承担初始荷载和不承担初始荷载的CFDST柱的试验结果对该有限元模型进行验证。讨论初始荷载水平、长细比、空心率和材料强度对轴向强度的影响。最后,给出初始荷载下的CFDST柱的极限强度计算公式。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。