圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯构件抗震性能

选取合理的材料本构模型和混凝土损伤指标,通过ABAQUS软件建立圆锥形中空夹层钢管混凝土构件数值模型,并采用现有试验数据进行模型验证。在此基础上建立典型算例,分析典型算例的抗震性能指标,同时描述构件的破坏模态。对轴压比、空心率和长细比这3个对圆锥形中空夹层钢管混凝土抗震性能指标影响较为显著的参数进行分析,探究3个参数对滞回曲线极限承载力、延性系数和耗能能力的影响规律。比较圆锥形中空夹层钢管混凝土与不同截面尺寸的等截面圆中空夹层钢管混凝土抗震性能的差别,探究圆锥形中空夹层钢管混凝土与何种截面尺寸的圆中空夹层钢管混凝土可以实现抗震性能上的等效。结果表明:在一定范围内,轴压比和长细比的增大使得构件的耗能性能变差,空心率的增大使得构件的耗能性能变好,但需明确各参数的限值; 截面面积减小使得构件的承载力降低、耗能性能变差; 圆锥形中空夹层钢管混凝土的抗震性能与距其底部1/4高度处截面大小的圆中空夹层钢管混凝土等效。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯剪受力性能研究

为研究圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯剪受力性能,利用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,计算了横向剪力-位移关系曲线,分析了构件破坏模态,提取了各组件相互作用力及荷载分配曲线;最后对影响圆锥形中空夹心层钢管混凝土构件压弯剪受力性能的主要参数进行了数值计算.结果表明:空心率、锥度、混凝土强度等级对圆锥形中空夹层钢...     

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。     

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土构件压扭性能研究

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土(TLHR-CFDST)基于传统中空夹层钢管混凝土(CFDST)发展而来，在实际工程中常受到压-扭复合荷载作用。为研究TLHR-CFDST构件的压扭性能，设计了6个试件并进行静力加载试验，主要试验参数包括锥角、空心率和轴压比。在试验的基础上，建立TLHR-CFDST压扭构件的有限元模型，进一步分析其工作机理和参数影响。结果表明：在压扭荷载作用下，TLHR-CFDST构件在上部截面发生破坏；当锥角增大时，构件的抗扭刚度和受扭承载力下降，而空心率对受扭承载力影响较小；当轴压比不超过0.4时，构件表现出良好的延性，但当轴压比大于0.4后，构件的扭矩-扭转角曲线出现下降段，受扭承载力有较大程度的降低；在钢管的约束下，混凝土受扭开裂后可以继续承担荷载；构件在不同参数下的压扭承载力相关曲线基本一致。基于承载力相关方程，建立了适用于TLHR-CFDST构件的压扭承载力计算方法，该方法预测的承载力与试验及数值计算结果吻合较好。     

圆CFRP-钢管混凝土压弯构件滞回性能试验研究

进行了12个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验研究。试验结果表明,CFRP对圆钢管混凝土有很好的环向约束和纵向增强作用,钢管的局部屈曲得到了延缓或消除。所有试件的跨中荷载-挠度曲线和弯矩-曲率曲线均较为饱满,表现出很好的滞回性能。在加载后期,无轴压力试件的承载力无下降,而有轴压力试件的承载力明显下降。对试验结果的分析表明,钢管和CFRP在纵向和环向都可以协同工作;同一点的纵向应变和环向应变异号;试件的挠曲线均近似为正弦半波曲线。计算表明,强度退化不显著,轴压比和纵向CFRP增强系数的增大可以提高试件的抗弯承载力和刚度,同时减缓刚度退化,但会降低试件的延性和累积耗能,而轴压比在一定范围内对试件的抗震性能是有利的。     

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。     

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞性能研究

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞击性能有其自身特点,利用有限元软件ABAQUS建立考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件的侧向撞击模型,对比了不同初始几何缺陷组合下空心率范围为0.2～0.9构件的抗撞击性能;在此基础上讨论了初始几何缺陷对空心率为0.8构件撞击响应的影响,并对影响大空心率构件撞击响应的主要参数进行分析;最后基于参数分析结果和静态荷载作用下的荷载-局部压痕关系,给出大空心率中空夹层钢管混凝土构件在侧向撞击荷载作用下撞击力-局部变形简化预测公式。结果表明：与无几何缺陷构件相比,考虑初始几何缺陷时构件的撞击力平台值降低,局部变形增大,当空心率达到0.8时,几何缺陷的不利影响最显著,构件的撞击力平台值下降10.6%,跨中局部变形增大20.4%。提高名义含钢率和减小内钢管径厚比可有效减小初始几何缺陷对该类构件抗撞击性能的不利影响,而改变材料强度对该类构件抗撞性能影响相对较小。给出的简化计算公式可以较好地预测有无初始几何缺陷的大空心率构件在侧向撞击荷载下的撞击力-局部变形曲线。     

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...     

火灾后方中空钢管混凝土柱滞回性能有限元分析

为研究火灾后方中空夹层钢管混凝土柱的滞回性能,采用合理的本构关系,建立有限元模型,分析参数有受火时间、轴压比、混凝土强度、空心率,并与相应试验结果进行比较,承载能力、滞回曲线以及破坏模态吻合较好。同时对火灾后方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能进行机理分析,结果表明：混凝土强度对滞回曲线影响不明显,分析滞回骨架曲线得知承载力随着构件受火时间增加、轴压比的增大,空心率减小而减小。随着受火时间的增加,空心率的增大,构件的滞回耗能能力更好。     

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。     

Behaviour of concrete-filled double skin rectangular steel tubular beam-columns

Double skin composite columns are formed from two steel skins filled with concrete in between. This new form of hybrid column has the potential to be used in many domains such as high-rise bridge piers and large diameter columns in high-rise buildings, etc. This paper describes a series of tests carried out on concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns, beams and beam-columns. Both outer and inner tubes are cold-formed rectangular hollow sections (RHS). The failure modes, and load-deformation behaviour of CFDST specimens are compared with those of conventional concrete-filled steel tubular members and empty double skin tubular members. A theoretical model is developed in this paper for the CFDST stub columns, beams and beam-columns. Reasonably good agreement is observed between the predicted and tested curves. Simplified models are derived to predict the load-carrying capacities of the composite members.     

FEA on hysteretic behavior of concrete-filled round-ended stainless steel tubular bridge piers

为研究圆端形不锈钢管混凝土桥墩的滞回性能,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了圆端形不锈钢管混凝土桥墩的精细化模型,对比研究其与圆端形普通钢管混凝土桥墩受力性能的差异,并对影响其滞回性能的主要因素进行参数分析。研究发现：采用不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土桥墩承载力相当,但由于不锈钢存在较为显著的应变强化现象,前者的荷载-位移曲线下降更为平缓,圆端形不锈钢管在加载后期仍能对核心混凝土提供较好的约束作用;随截面长宽比增加,圆端形不锈钢管混凝土桥墩的水平承载力明显增加,但位移延性明显下降;随含钢率增加,桥墩的抗侧刚度、水平承载力、位移延性均明显增加;随轴压比增加,桥墩水平承载力略有降低,而位移延性明显下降;而核心混凝土强度对桥墩的滞回性能影响有限。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

以中空夹层钢管混凝土柱与带钢筋混凝土楼板的钢-混凝土组合梁采用高强螺栓及T形钢连接件构成的组合节点的抗震性能为研究对象,对6个十字形组合节点以梁端反对称加载的形式进行拟静力试验。试验中以柱轴压比、加劲肋、T形钢连接件尺寸、楼板厚度和楼板配筋率等为变化参数,研究该组合节点的破坏特征、滞回性能、抗剪性能、承载力衰减、刚度退化规律、耗能特性以及应变变化等力学性能。研究结果表明：柱内置钢管在增加柱受压承载力的同时可以有效增加节点核心区受剪能力,改善了节点整体受力性能;增大楼板配筋率(当1%≤ρ≤ρmax时)和减小柱轴压比(当n≤0.3时)能增强节点总耗能能力,但会降低节点延性且对节点承载力无明显提高作用;T形钢翼缘厚度和设置加劲肋对节点抗震性能影响较大。     

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土,支管为空钢管的K形搭接节点,按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点,对节点两个支管通过同步往复加载,研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明:未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏,主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏;主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力,对于方管尤为显著,但对节点的延性影响不大;相比主圆支圆的未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43. 7%和52. 1%,节点累积耗能分别提高了57. 6%和64. 0%;相比主方支圆未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66. 7%和64. 7%,节点累积耗能分别提高了39. 8%和21. 7%,但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析,分析结果与试验结果吻合良好,并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明:随主管空心率的增大,节点耗能能力和...     

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.     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。     

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。