钢管混凝土三维非线性梁单元的研究与应用

为研究钢管混凝土构件的力学性能.建立可承受压弯剪(扭)的三维钢管混凝土梁单元,用双线性随动硬化模型模拟外包钢管的本构关系,对核心受拉和受压混凝土采用不同的非线性材料特性.利用自行编制的程序,对各种钢管混凝土构件进行荷载-变形全过程分析,计算结果与试验数据符合较好.     

基于三维单元的多层钢管混凝土框架非线性有限元分析

钢管混凝土能够充分发挥钢材和混凝土的特点,在实际工程中的应用越来越广泛.本文采用有限元软件ABAQUS对多层钢管混凝土框架进行三维有限元数值模拟,考虑材料及几何非线性,分析了钢管混凝土框架在单调加载下的荷载-位移全过程,探讨了采用该方法时的建模、核心混凝土及钢材本构模型的选取、钢管与混凝土之间的界面处理等关键问题,数值模拟结果和试验结果总体上吻合良好.     

钢管混凝土哑铃型梁试验

进行了两根钢管混凝土哑铃型梁的试验.本文介绍了试验模型、试验装置与试验方法,并对试验结果进行了分析.     

钢管混凝土柱与梁节点抗剪承载力

钢管混凝土柱与梁节点核心区的抗剪强度一直是节点设计中尚未解决的问题,将钢管混凝土抗剪承载力分成钢管和混凝土两部分考虑,通过引入破坏面的概念,采用力学方法推导了钢管混凝土梁柱节点在压弯情况下核心区斜截面的抗剪承载力计算公式,将将公式加以简化。     

实用可靠的钢管混凝土柱环梁节点

介绍了有限元计算和荷载试验中得到的钢管混凝土柱环梁节点的力学性能和破坏形态,归纳了其抗剪环的设计、对钢管混凝土柱承载力的影响、低周反复荷载作用下的性能、在框支梁中的应用和抗弯、抗剪承载力设计方法等研究成果,并探讨了节点计算刚度选择、环梁与钢管间剪力传递机理和环梁内扭转应力分布三个关键问题．     

有限单元法分析钢管膨胀混凝土 的力学性能

建立了钢管膨胀混凝土的计算模型,提出了非线性有限元分析钢管膨胀混凝土性能的方法,通过算例,验证了非线性有限元分析钢管膨胀混凝土力学性能的方法的正确性。     

钢管混凝土框支柱与钢筋混凝土框支梁的节点设计建议

钢管混凝土框支柱与钢筋混凝土框支梁的节点设计,是钢管混凝土柱在框支剪力墙结构应用的关键.本文对节点区受力进行了分析,提出了一种受力明确、设计合理的节点形式及其设计建议,解决了钢管混凝土柱在高层建筑框支剪力墙结构中应用的关键问题.     

钢管混凝土中钢管与混凝土的共同工作

钢管混凝土中钢管和混凝土能否共同工作是很多研究工作者关心的问题。国内外很多对加强钢管与核心混凝土之间的结合,保证在轴向荷载作用下能共同工作进行了研究。有的还作了混凝土推出试验,测定混凝土与钢管间的粘结力;有的在管内加栓钉以增强二者的结合和整体性,尤其是在各梁连接的节点部位;有的还提出把钢管内壁作成花纹状以增加与混凝土的结合等等。作者从荷载作用方式、钢管与混凝土的内力分布、梁连接处剪力的传递,以及截面的抗弯刚度等方面进行了分析,认为：保证核心混凝土密实和构伯二端加盖板焊接密封是二者共同工作的关键,并不需要采用其它措施。     

基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

三维退化纤维梁单元线性和非线性有限元分析

为了解决曲线梁、任意形状截面梁、以及复合材料梁等结构的计算问题,基于退化理论推导得到三维退化纤维梁单元。该单元采用平截面基本假设,考虑剪切变形的影响,用轴线节点位移表示梁单元任意一点的三维位移场。根据UL列式,推导得到该单元考虑几何非线性和材料非线性的切线刚度矩阵。由上述理论编制了有限元计算程序,通过对几个典型算例的分析,证明了这种纤维退化梁单元的精确性、高效性和通用性。     

钢管混凝土的等效本构关系研究

在总结现有钢管混凝土本构关系分析的基础上,将钢管混凝土简化为同一尺度的横观各向同性体来研究,并在弹性条件下利用应变能相等原理得到了宏观弹性系数,同时根据试验结果假设进入弹塑性阶段后各模量为二次抛物线变化,建立了钢管混凝土这种组合结构新的等效本构关系.并结合具体算例研究了弹性条件下材料强度变化和含钢率对各模量的影响,同时与前人的研究结果进行了比较,结果表明,该本构关系具有理论依据明确,参数易确定,能很好地反映组合构件材料物理性能的优点,为钢管混凝土结构进一步进行数值分析奠定了基础.     

钢管混凝土柱单梁节点空间非线性有限元分析

钢管混凝土柱与梁的节点构造和费力分析是发展组合结构体系的关键技术。利用“ANSYS”有限元分析软件,对钢管混凝土柱与现浇钢筋混凝土梁的刚性节点进行了空间非线性有限元分析,分析了垂直对称荷载作用下该节点内的应力分布情况和内力传递机理,根据分析结果提出了该类型节点设计的建议和参考。     

钢管混凝土构件受力性能数值研究

分别以钢管混凝土三维有限元法和纤维单元法的应力-应变关系推导出了适于梁单元的应力-应变关系。以这两种方法得到钢管混凝土应力-应变关系,应用于梁单元法进行数值计算,分别对工程中最常出现的钢管混凝土轴压构件及偏压构件进行了计算,并将计算结果与已有的试验结果进行了比较。结果表明:以纤维单元法得到梁单元应力-应变关系在进行钢管混凝土构件数值分析时能取得理想的结果;以三维有限元法得到梁单元应力-应变关系,应用于方截面钢管混凝土构件时计算结果理想,而应用于圆截面钢管混凝土构件时与实验结果相比偏差较大。     

钢管混凝土柱单梁节点空间非线性有限元分析

钢管混凝土柱与梁的节点构造和受力分析是发展组合结构体系的关键技术。利用“ANSYS”有限元分析软件，对钢管混凝土柱与现浇钢筋混凝土梁的刚性节点进行了空间非线性有限元分析，分析了垂直对称荷载作用下该节点内的应力分布情况和内力传递机理，根据分析结果提出了该类型节点设计的建议和参考。     

钢管混凝土在压弯扭受力状态下的有限元模型

为了研究钢管混凝土柱在压-弯-扭复合受力状态下的力学性能,在大型通用有限元程序ABAQUS基础上,选取合理的材料本构方程,包括混凝土塑性损伤模型和钢材理想弹塑性模型,并施加位移约束条件和定义钢管混凝土柱的压-弯-扭复杂受力加载模式,从而建立钢管混凝土柱的“壳-实体”精细有限元模型.有限元模型计算结果与文献试验结果吻合良好,并且能够获得钢管混凝土中钢管和混凝土材料每一点的应力和应变状态,也能获得宏观扭矩-扭转角滞回曲线,研究结果充分表明钢管混凝土的“壳-实体”精细有限元模型在兼顾计算精度的同时能够获得较为全面的分析计算结果.     

钢管混凝土中内配钢骨与混凝土黏结性能试验

为研究钢管混凝土中内配钢骨与混凝土黏结性能,共进行了18个钢管混凝土试件的推出试验.研究了两种内配钢骨与混凝土界面黏结机理和黏结应力分布规律,采用正交试验分析获得了各因素对黏结强度的影响规律,并基于实测数据提出了黏结强度经验计算式.试验结果表明:内配工字型钢和内配钢管的黏结应力-滑移曲线均包括3个阶段,即胶结段、非线性初滑移段和滑移段;影响工字型钢极限黏结强度的因素主次关系为工字型钢截面尺寸、黏结长度、混凝土强度,其极限黏结强度随工字型钢截面尺寸和混凝土强度增大而增大,而随黏结长度增加而减小;影响内配钢管极限黏结强度的因素主次关系为内配钢管截面尺寸、膨胀剂掺量、黏结长度,其极限黏结强度随内配钢管截面尺寸和膨胀剂掺量增大而增大,随黏结长度增大呈减小趋势;峰值荷载下两种钢骨的黏结应力分布曲线均呈负指数分布,其中工字型钢翼缘外侧平均黏结应力约为腹板的1.77倍;钢管混凝土中内配钢管与混凝土黏结性能优于内配工字型钢;与其他学者成果的对比证明本文黏结强度计算式具有较好适用性.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型，模拟分析了单调加载下节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布．结果表明：由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符，由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致；竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土，另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土；节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰，最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲，而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作，很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则；节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制．     

钢管混凝土四肢柱人字形缀杆双腹板肩梁的受力性能

通过模型试验与有限元分析的方法,主要探讨钢管砼四肢柱人字形缀杆双腹板肩梁的受力性能,指出采用人字形缀杆可以提高肩梁的承载力,而肩梁上、下翼缘与腹板的共同工作性能不如普通的工形截面梁。     

新型泵送钢管混凝土的设计与施工

介绍了新型泵送钢管混凝土的研究技术路线 ,利用高效减水保塑剂、粉煤灰、膨胀剂等原材料 ,设计了一种新型泵送钢管混凝土配合比 ,成功地应用于武汉市江汉三桥、湖北省姊归龙潭河等钢管混凝土大桥 ,并提出了具体的施工要求 .现场施工情况表明 ,该混凝土具有可泵性好、低坍落度损失、高强、早强、自密实及补偿收缩等性能