横向冲击荷载下钢管混凝土柱承载性能研究

对横向冲击荷载下的两端固支钢管混凝土柱承载性能进行数值仿真分析,在此基础上分析了构件重点部位的应力、应变时程曲线以及塑性铰形成与变化过程,结果表明,横向冲击荷载下两端固支钢管混凝土具有良好的塑性变形能力和较好的抗冲击力学性能。     

基于VUMAT的钢管混凝土冲击数值模拟

在侧向撞击作用下，分析了钢管混凝土构件动态力学响应及不同混凝土动态本构模型适用性。文中基于ABAQUS软件分别采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)和欧洲混凝土协会规范动态增长因子（DIF）的动态本构模型。结果表明有限元结果与试验结果吻合度较好，验证了数值模型和二次开发的HJC材料子程序的准确性，HJC模型的VUMAT子程序能够用于受侧向冲击下的钢管混凝土构件的动态力学行为分析。     

钢管混凝土梁在侧向冲击荷载作用下动力响应的试验研究和数值模拟

钢管混凝土构件和其他材料的结构构件一样,在役期间不可避免地要受到意外撞击,为了了解其破坏过程进而为结构设计提供理论依据,对套箍系数分别为1、1.15和1.9的两端简支钢管混凝土梁在不同侧向冲击能作用下的动力响应进行试验研究和仿真分析。动载试验在DHR-9401落锤式冲击实验机上进行,试验过程中通过力传感器和应变片记录冲击力时程曲线和试件特定位置的应变时程曲线,试验结束后测量试件整个跨度范围内的侧向位移,获得试件残余变形模态。利用ANSYS/LS-DYNA软件,采用PLASTIC-KINEMATIC和SOIL-CONCRETE材料模型分别模拟钢管和其核心混凝土材料,对试验过程进行数值模拟,得到的跨中挠度和冲击力时程曲线与试验结果非常一致,进而对试件的应变变化情况进行深入的研究,给出钢管混凝土试件的临界破坏状态。研究结果表明,套箍系数是影响构件临界破坏能量的一个最重要的因素,临界破坏能是套箍系数的二次函数。     

钢管混凝土构件侧向冲击动力响应的实验研究

通过落锤冲击实验，对固简支钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力响应问题进行了研究，分析了钢管壁厚、落锤冲击高度对最大冲击力、冲击力作用时间及构件挠度值等因素的影响，为钢管混凝土构件耐撞性能的研究提供了依据。     

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

侧向冲击对钢管混凝土受压承载力影响研究

为研究侧向冲击作用对钢管混凝土结构性能的影响,首先基于ABAQUS的非线性有限元静态、动态计算方法,采用实体、壳体单元对钢管混凝土结构受压承载力及受侧向撞击后的变形进行了数值模拟,数值模拟结果与已有试验结果吻合较好。同时为了验证准静态计算方法的有效性,采用静态、准静态计算对受撞击前钢管混凝土结构的受压承载力进行了模拟,模拟结果同样吻合良好,且准静态计算降低了分析难度。最后用准静态计算方法给出了构件受撞击后剩余受压承载力的拟合计算公式。结果表明:撞击速度越大,构件局部变形越大,屈服荷载越低;约束效应系数为影响钢管混凝土构件抗冲击性能的重要因素;拟合计算公式具有一定的参考价值。     

侧向冲击下固简支钢管混凝土构件的数值模拟

在实验的基础上，运用有限元分析软件ANSYS／IS～DYNA，对一端固支一端简支的圆钢管混凝土在侧向冲击荷载作用下进行数值模拟，主要研究了钢管混凝土的整体变形情况。     

爆炸荷载下不同约束钢筋混凝土柱的响应分析

结构底层柱在爆炸冲击荷载作用下的破坏会导致整体结构连续性倒塌。本文以理论分析为基础,运用有限元软件LS-DYNA对爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应进行数值模拟。通过建立三维实体钢筋混凝土柱模型,对混凝土材料采用了脆性损伤模型,分析了不同约束情况的柱在不同折合距离时的侧向位移和失效模式。结果表明,不同折合距离下的两端固接柱的压力云图和x向位移具有明显的对称性,相同折合距离下的一端固接一端简支柱的最大压力和x向最大位移均大于两端固接柱。     

侧向冲击作用下钢管混凝土柱动力响应 试验研究及计算方法

为了揭示钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了7个钢管混凝土柱和1个部分填充钢管混凝土柱以及1个空钢管柱的水平横向冲击试验,考虑了冲击速度、冲击质量、冲击能量以及柱端约束等关键因素对钢管混凝土柱侧向冲击动力响应的影响。结果表明：与空钢管柱比较,钢管混凝土柱和部分填充钢管混凝土柱在侧向冲击荷载下的抗冲击承载力、抗变形能力提高显著;一端固支一端简支的钢管混凝土柱易发生受剪破坏,而悬臂柱则发生根部弯曲破坏;钢管混凝土柱的冲击力和残余位移均随着冲击速度、冲击能量的增大而显著增大。结合现行钢管混凝土结构设计规范,通过引入动力放大系数R和能量吸收比k提出了钢管混凝土结构柱抗冲击承载力计算方法,并明确了系数R与k的取值方法。     

基于CSC模型的UHPC构件侧向低速冲击分析

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)较普通混凝土具有更优异的强度、韧性和耐久性,广泛应用于桥梁墩柱和建筑承重柱,而上述构件存在车(船)、滚石等侧向低速冲击的潜在威胁,为此,针对UHPC梁/柱构件在侧向冲击下的损伤破坏和动态响应进行数值仿真分析。现有商用模型中广泛采用的混凝土动态本构模型均基于普通混凝土开发,如混凝土损伤(K&C)模型和混凝土连续面帽盖(CSC)模型等。基于作者前期开展的UHPC单轴拉/压、三轴压缩和Hopkinson杆动态拉/压试验,以及已有UHPC双轴等压和静水压试验数据,系统标定了UHPC材料CSC模型的强度面、帽盖、损伤、应变率和硬化参数,给出了一组适用于UHPC的CSC模型参数确定方法。进一步基于LS-DYNA商用有限元分析软件,对已有四组钢管UHPC梁和钢筋UHPC梁/柱构件的落锤冲击试验进行数值模拟,通过对比落锤冲击力、梁/柱动态挠度响应和破坏模式,验证了所提出的CSC模型参数计算方法的适用性和正确性。同时,对冲击过程中刚性落锤与构件之间的作用过程及能量耗散进行了讨论。结果表明：平头落锤冲击下构件经历了惯性抵抗、变形响应、构件回弹和脱离四个阶段;球头落锤冲击构件的惯性抵抗阶段不明显;随着冲击能量的提高,钢管(筋)耗能占比逐渐增大。     

Mechanical behaviors of T-shaped concrete-filled steel tubular columns under axial impact

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明：T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

高强混凝土自收缩对钢管混凝土轴压力学性能的影响

采用非线性有限元法,以钢管与混凝土之间的黏结初应力代表核芯混凝土的收缩作用,通过计算得出钢管高强混凝土轴压构件在不同程度自收缩作用影响下的压力-应变全过程曲线。通过对这些曲线的分析,总结了核芯混凝土纵向收缩单独作用、径向收缩单独作用及2个方向同时收缩作用时对钢管高强混凝土轴压构件压力-应变全过程曲线的影响。结果表明,自收缩会降低钢管混凝土构件的比例极限和屈服强度,同时会降低构件的模量,对构件的极限承载力有不利的影响。     

Experimental investigation of thin-walled centrifugal concrete-filled steel tubes under torsion

The main objective of this paper is to study the behavior and design of thin-walled centrifugal concrete-filled steel tubes under torsion. The thin-walled centrifugal concrete-filled steel tubes were a steel tube with a centrifugal concrete tube inside. A test program has been carried out to study the behavior of thin-walled centrifugal concrete-filled steel tube under torsion. Material properties of the concrete and steel used in the test specimens were measured. In addition, torsion tests were also carried out on the steel tubes. Current design standards are used to predict the specimen strengths under torsion. It is shown that design strengths predicted by standards are conservative. Design method proposed by other researchers for concreted-filled steel tubes under torsion are also used to predict the strengths of centrifugal concrete-filled steel tubes. It is shown that design strengths predicted by other researchers are unconservative.     

钢管微膨胀混凝土界面粘结性能的试验研究

对4根钢管微膨胀混凝土短柱和3根普通钢管混凝土短柱先后进行了收缩/膨胀性能和推出试验的研究。试验结果表明,由于膨胀剂的掺入,核心混凝土在钢管的限制作用下产生了一定的预压应力,膨胀剂掺量和水灰比对钢管微膨胀混凝土的限制膨胀性能有重要影响,核心混凝土中的预压应力能有效提高钢管混凝土短柱的界面粘结强度。根据推出试验结果,分析了粘结破坏的发展过程;给出了试件的荷载—滑移曲线;最后建议了一种新的改善组合结构界面粘结性能的方法。     

圆端形椭圆钢管混凝土受扭性能数值分析及抗扭承载力计算

为探究圆端形椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算方法,采用ABAQUS建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元分析模型。为解决核心混凝土本构关系问题,提出了一种关于圆端形椭圆钢管核心混凝土本构关系的新等效方法,利用已有试验结果验证了等效方法的可行性和数值分析模型的准确性。开展了纯扭作用下圆端形椭圆钢管混凝土构件性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面尺寸等。揭示了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,提出了圆端形椭圆钢管混凝土构件的抗扭承载力简化计算公式。结果表明:构件抗扭承载力随钢材强度、截面尺寸、含钢率增大而增大,随长短轴比增大而减小;研究成果将为圆端形椭圆钢管混凝土构件的设计提供参考。     

钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载下的动力分析

通过有限元计算软件,分析了在冲击荷载作用下钢材强度、混凝土强度以及含钢率对钢管混凝土短柱承载力强度的影响,对沿试件长度方向试件的径向位移进行了分析,并对试件进行了变质量分析,得出钢管混凝土试件在材料、尺寸确定的情况下承受轴向荷载时,位移主要由冲击能量决定。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破 坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载 下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等 参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部 件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内 ,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、 冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较 短。     

钢管轻集料混凝土空间桁架梁受弯试验设计

对于钢管轻集料混凝土空间桁架梁这一新型组合结构,目前国内外较少有拟静力试验分析,而试件设计及制作尤为关键.参照现有的钢结构及钢管混凝土规范,设计了一个钢管轻集料混凝土空间桁架梁试件及一个相应的K型节点试件,重点介绍了此空间桁架梁的制作过程及加载方式.通过对桁架梁进行结构计算分析,得到了其预估承载力.制作后的试件各项参数...     

偏心受压矩形钢管混凝土短柱承载力研究

研究了偏心受压时矩形钢管混凝土中受压区钢管对混凝土的紧箍力计算方法,根据莫尔强度准则导出了受压区混凝土强度的计算公式,并以极限平衡理论为基础,推导了偏心受压矩形钢管混凝土短柱承载力的计算公式;制作了10个相同含钢率的矩形钢管混凝土短柱,按不同的偏心率进行加载试验,测出其极限承载力,并将计算结果和试验结果进行了比较,结果吻合较好.     

支主管宽度比β=1.0的部分填充混凝土矩形钢管桁梁力学性能研究

设计了支主管宽度比β=1.0的空钢管、部分填充混凝土和钢管混凝土3种桁架,利用大型通用有限元程序MIDAS/FEA建立了有限元分析模型,进行了3种桁架受力性能的对比分析。研究结果表明:桁架破坏均发生在节点部位,但节点失效模式不同,主管内填混凝土改变了节点的失效模式。3个桁架的极限承载力均受到节点控制,主管内填混凝土能够有效提高桁架节点的强度和刚度,从而提高桁架的承载能力,减小桁架的整体变形。所建立的有限元模型能较好地分析部分填充混凝土矩形钢管桁架的力学性能,通过对各种影响参数进行分析,得到桁架受力的一般规律,为实际工程应用提供理论依据。