带约束拉杆十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

介绍了11 个带约束拉杆和5 个不带约束拉杆的十形截面钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下试件的破坏与承载力特点。分析了带约束拉杆十形截面钢管混凝土的约束特点。在合理假定的基础上,将十形钢管混凝土截面划分成1 个无拉杆的方形和4 个有拉杆的矩形钢管混凝土区域,借鉴约束混凝土本构模型,建立了力学概念清晰的各区域核心混凝土等效单轴本构关系。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载-应变全过程分析,计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系

分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压承载力

在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。该文介绍了8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验,结果表明约束拉杆的设置延迟钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱承载力的提高;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆L形钢管的管内核心混凝土本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱进行参数研究,分析了钢材屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、拉杆约束系数及荷载角对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱双向压弯承载力的简化计算公式。     

多室式钢管混凝土T 形短柱的非线性分析

通过定义等效方形截面和改变混凝土强约束区、弱约束区界线底角来衡量多室式T形截面内钢材对混凝土的整体约束作用,依据轴压试验结果修正了Mander 约束混凝土模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了核心混凝土的本构关系。应用ABAQUS 对8 个多室式钢管混凝土T 形短柱试件的轴压性能进行了模拟,模拟结果与试验数据的对比表明,该本构关系能较好地适用于对构件性能的非线性分析。在此基础上探讨了构件中钢材和混凝土的共同工作情况,发现其工作机理与其它截面形式的钢管混凝土柱较为一致。将多室式钢管混凝土T形柱视为由3个矩形钢管混凝土部件折减钢板后组成,应用叠加原理得出了构件的强度承载力公式,可供实际应用参考。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆矩形钢管混凝土在轴压下的受力机理进行分析,在带约束拉杆方形钢管混凝土本构关系的基础上,针对矩形钢管截面长边、短边对混凝土约束作用大小不同及约束拉杆沿长边、短边布置数量不同等特点,应用基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,从而提出适合带约束拉杆矩形钢管混凝土柱数值计算的本构关系,并根据相关试验结果对本构关系的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系的全过程计算,并与试验结果比较,两者吻合良好。     

带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的力学机理进行分析,借鉴约束混凝土本构模型,基于等效侧向压应力的概念,提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土柱数值计算的核心混凝土本构关系,并结合有关试验结果对本构关系中的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系全过程计算,计算结果与试验结果比较,两者吻合良好。     

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。     

带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能及计算方法研究EI北大核心CSCD

为研究球冠形脱空对椭圆钢管混凝土短柱轴压性能的影响,该文通过带球冠形脱空椭圆钢管混凝土试件的破坏形态、轴压承载力、初始刚度和延性等性能在球冠形脱空影响下的变化规律,揭示了带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土轴压短柱的截面应变分布和核心混凝土强度特征,最终基于脱空特征对椭圆核心混凝土约束状态的影响机理,提出截面约束分区模型,推导并验证了考虑球冠形脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式。研究发现:核心混凝土破碎和斜向剪切、钢管局部鼓曲与凹陷以及试件的整体弯曲破坏是带球冠形脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱的主要破坏形态;脱空缺陷的存在将削弱椭圆钢管与核心混凝土的相互作用,进而降低其轴压承载力、初始刚度和延性。     

CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验,包括:T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明:在试验参数范围内,相对于T4.5-CFST试件,C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%;相对于C-CCFST试件,CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件,由于外部CFRP的约束作用,CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力,极限承载力均高于T4.5-CFST试件,表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外,进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究,并采用试验结果验证其准确性。     

五种本构模型在钢管混凝土有限元中的比较

采用Von Mises、Mohr Coulomb和Drucker Prager三种经典模型、以及两种适用于混凝土材料的Smeared Cracking模型和Damaged Plasticity模型,分别对带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力进行有限元分析,简述每种本构模型的特点,并与已有的47个钢管混凝土短柱轴压试验结果对比。结果表明与静水压力无关且忽略混凝土塑性体积膨胀的VonMises模型无法考虑钢管对混凝土的约束作用以及约束拉杆的作用,采用相关流动法则而低估了塑性体积膨胀的Smeared Cracking模型分析结果略低于试验结果,其他三种考虑静水压力并采用不相关流动法则的模型更符合试验结果,而且三者计算结果很接近。     

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能

假定方形钢管混凝土构件的钢管板件在非载荷边受到弹性约束,应用能量法对钢管局部屈曲强度计算公式进行了推导;并利用已有试验结果对计算公式的正确性进行了验证。在此基础上利用该公式对约束拉杆方形钢管混凝土构件在轴压下的屈曲性能进行分析,分析表明约束拉杆能有效提高构件钢管屈曲系数,从而提高钢管壁抵抗局部屈曲的能力。最后,给出了约束拉杆纵向间距的合理设置值以及带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的钢管宽厚比限值。     

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。     

薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱轴压试验研究

为研究薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱的轴压性能,进行了3批试件的轴压试验,考察组合柱的破坏形态特征、抗压承载力和变形情况,综合分析了长细比、净截面尺寸、空心率、截面组配形式、横向约束拉杆排数和相对竖向间距比对轴压性能的影响。结果表明：组合柱的破坏形态为端部或中部开胶剥离破坏、柱端竹胶板压溃破坏、端部或约束拉杆间开胶压折破坏以及压曲整体失稳破坏;增大长细比引起失稳破坏的趋势增大,净截面尺寸增大是极限承载力提高的关键因素;截面组配形式能影响组合柱破坏形态特征;设置约束拉杆能提升组合柱的承压稳定性,优化约束拉杆排数和相对竖向间距比的设计,能明显改善材料界面的接触效应而提升承载力。通过非线性回归分析,建立了组合柱的承载力计算方法。     

HRB600钢筋屈曲受力性能试验研究

HRB600高强钢筋已纳入我国钢筋产品国家标准,并商业化生产,但关于其非弹性屈曲受力性能、考虑屈曲的低周疲劳损伤模型的研究成果很少。对于HRB600高强钢筋的原状试件,该文完成了10个单调受压屈曲试验、16个考虑屈曲的循环拉压试验,测量了屈曲钢筋的平均应力-平均应变曲线和跨中横向位移,分析了非弹性屈曲对HRB600钢筋受压强度退化的影响,以及屈曲方向对试件强度退化、疲劳损伤的影响,提出了适用于HRB600高强钢筋、可考虑屈曲效应和不同加载方式影响的修正低周疲劳损伤模型。研究结果表明:单调受压屈曲时HRB600钢筋屈曲方向稳定,随长径比增大钢筋屈曲后强度退化加快;循环加载时HRB600钢筋屈曲方向不稳定,导致局部塑性应变集中和疲劳损伤对钢筋屈曲后强度退化的不利影响减轻;传统低周疲劳损伤模型明显低估了HRB600钢筋屈曲后的疲劳损伤,修正疲劳损伤模型能合理地考虑屈曲对HRB600钢筋低周疲劳损伤和断裂的影响。     

考虑受压屈曲的圆钢管杆单元等效弹塑性滞回模型

强震作用下网格结构杆件的破坏形式为受拉屈服和受压屈曲,而常用的理想弹塑性模型却不能考虑杆件受压屈曲的情况。使用LS-DYNA软件对不同长细比圆钢管杆单元的受压极限承载力、屈曲前后平衡路径以及卸载路径进行计算,并分析拉压往复作用下的滞回规律。通过统计这些杆单元的轴力、伸长量与长细比之间的关系,提出了一个能同时考虑受拉屈服和受压屈曲的圆钢管杆单元的等效弹塑性滞回模型。进一步将该等效弹塑性模型应用于一球面网壳结构的罕遇地震作用时程计算,发现杆件的破坏形式和结构薄弱区域与理想弹塑性模型的结果有明显区别,也反映了本文提出的等效弹塑性滞回模型的有效性。     

Impact of corrosion on low-cycle fatigue degradation of reinforcing bars with the effect of inelastic buckling

The combined effect of inelastic buckling and chloride induced corrosion damage on low-cycle high amplitude fatigue life of embedded reinforcing bars in concrete is investigated experimentally. A total of forty-eight low-cycle fatigue tests on corroded reinforcing bars varied in percentage mass loss, strain amplitudes and buckling lengths are conducted. The failure modes and crack propagation are investigated by fractography of fracture surfaces using scanning electron microscope. The results show that the inelastic buckling, percentage mass loss and nonuniform corrosion pattern are the main parameters affecting the low-cycle fatigue life of reinforcing bars. It was found that the fatigue life of corroded reinforcing bars combined with inelastic buckling has a significant path dependency. The results show that in some cases the number of cycles to failure of corroded bars under constant amplitude fatigue test is increased.     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点试验研究

在外包钢-混凝土组合梁研究基础上,介绍了2个外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱的连接节点,并对其进行了低周反复荷载作用下的试验研究.对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性及钢管等的应变等性能进行了分析.试验结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝上组合梁与钢管混凝上柱的连接节点具有较强的受剪承载力、较好的延性和耗能能...     

纵向变厚度(LP)矩形钢板弹性屈曲系数的理论分析

纵向变厚度(LP)钢板因适应现代化建筑超高层及大跨度的发展使用需求,将广泛应用于工程结构中。因LP钢板几何形状的特殊性,其局部屈曲变形更容易发生在靠近薄端的位置,并且钢板局部稳定性能与相同受力状态下的等厚度钢板差异较大,需要进行深入研究。基于能量原理,采用Galerkin和Rayleigh-Ritz法(GRM),对单向均匀受压荷载作用下四种不同边界条件下的矩形LP钢板的弹性屈曲系数的计算公式进行了理论推导,并采用ANSYS有限元软件验证了公式的正确性。最后得到了不同厚度放大系数下,四种边界条件下的矩形钢板的弹性屈曲系数与钢板长宽比的关系曲线图,进一步为LP钢板的工程应用提供理论指导和设计依据。     

Unilateral buckling of elastically restrained rectangular mild steel plates

 This paper considers the elastic unilateral buckling of rectangular mild steel plates that are restrained elastically and subjected to bending and axial actions. A variational formulation of the Ritz method using linear combinations of harmonic functions for the buckling deformations is used to establish an eigenproblem to determine the plate local buckling coefficients. The motivation for the study is the retrofit of reinforced concrete beams by gluing and then bolting steel plates to the sides of the beam. Such plates, when acting compositely with the concrete beam, are subjected to predominantly bending and axial actions which may cause unilateral local buckling. Whereas the bolts provide complete restraint against buckling at discrete points, the glue may also inhibit local buckling between these nodal points since it acts as a continuous elastic restraint. The influence of the glue stiffness, support conditions and plate proportions on the unilateral buckling of such plates are assessed.