复合钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并进行了短柱受轴向荷载作用下的有限元模拟,轴压极限承载力和荷载-变形曲线的数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.受压时,方形和圆形钢管分别对核心混凝土产生约束作用,使得复合钢管混凝土柱具有较好的延性和较高的剩余承载力.基于非线性有限元模型,开展了复合钢管混凝土轴压短柱在不同参数下的受力分析.通过试验和理论分析发现,一定壁厚情况下,随着内部圆钢管直径增大,复合钢管混凝土轴压短柱极限承载力和剩余承载力的变化先增大后减小.     

足尺方钢管高强再生混凝土柱轴压试验

为研究方钢管高强再生混凝土柱的轴心受压性能,设计了3个方钢管高强混凝土柱足尺试件.3个试件几何尺寸相同,区别在于混凝土类型与内部构造.试件1为方钢管高强普通混凝土柱,试件2为方钢管高强再生混凝土柱,试件3为腔体内设置钢筋笼的方钢管高强再生混凝土柱.试验加载采用单向重复加卸载的方法.通过试验分析了各试件的破坏特征、承载力、耗能、延性和刚度,采用国内外5种规程对各试件轴心受压承载力进行了计算.研究表明:方钢管高强再生混凝土柱损伤过程和破坏形态与方钢管高强普通混凝土柱类似;方钢管内设置钢筋笼可显著提高试件的承载力、延性和耗能,减缓刚度退化;矩形钢管混凝土结构技术规程(CECS 159—2004)承载力计算公式可用于方钢管高强再生混凝土柱轴压承载力计算,计算结果与实测值符合较好.     

复合钢管混凝土轴压柱承载力分析

基于混凝土的塑性损伤模型,使用ABAQUS有限元软件对试验中的复合钢管混凝土轴压柱进行数值模拟,得出试件的荷载-位移曲线,对比试验中的承载力,并分析外层方钢管的壁厚、内层圆钢管的壁厚、混凝土强度3个参数对复合钢管混凝土轴压柱承载力的影响.     

双钢管混凝土柱轴压承载力的有限元分析

基于混凝土的塑性损伤模型及钢材的塑性流动模型,建立了双钢管混凝土轴压柱有限元模型.在此基础上,对双钢管混凝土轴压短柱的载荷-位移曲线进行了研究,重点分析了内外钢管之间的相互作用机理,影响该组合柱力学性能的主要因素.结果表明,内径大小及厚度的变化,对外径的约束力有明显的影响;同时,外径尺寸的变化对内径的约束力也有影响;试件的承载力随着核心混凝土强度、内外钢管的直径及壁厚的增大而增加.计算结果和试验结果总体上吻合良好.     

自应力钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

利用混凝土的边界面模型和钢材的弹塑性模型,建立了自应力钢管混凝土轴压短柱的三维有限元模型并分析了自应力钢管混凝土轴压短柱的力学性能,计算结果和试验结果吻合较好．计算结果表明,由于自应力的影响,自应力铜管混凝土轴压短柱的承载力要高于普通铜管混凝土短柱,并且承载力随着自应力的增加而增加;自应力的变化并不能改变轴压构件载荷－应变曲线的变化趋势;含钢率不但对轴压构件的承载力有重要影响,而且是影响载荷－变形曲线变化趋势的主要因素．     

钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的核心混凝土、钢管以及型钢钢骨在三向应力状态下的轴向极限承载力进行了分析;通过引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束,从而推导出钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱轴压承载力的理论计算公式;将该公式的计算结果与试验结果和已有公式的计算结果进行比较,各结果吻合良好。结果表明：该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料具有实际意义,并且为此类结构的研究提供了重要的依据。     

方钢管约束高强混凝土短柱轴压力学性能

为研究方钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行了12个试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管宽厚比(D/t=47和70)和混凝土强度(C77和C88).试验结果表明,当D/t=70时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通方钢管混凝土构件;而当D/t=47时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力则低于普通方钢管混凝土构件;但两种构件的延性无显著差异.对构件的应力分析结果表明,方钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管在峰值荷载点后屈服;而钢管混凝土构件中,钢管在峰值荷载点前屈服.方钢管约束混凝土构件中钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件.     

钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析

钢管钢纤维高强混凝土柱是一种新型的结构.普通钢管混凝土短柱的承载力计算公式不能满足钢管钢纤维高强混凝土短柱的需要.在对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱试验的基础上,对其承载力进行了理论分析.推导了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的理论计算公式,对其影响因素进行了分析,给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的简化计算公式.公式的计算结果与试验结果吻合较好,可供工程设计参考.     

钢管再生混凝土短柱承载性能有限元分析

为了分析钢管再生混凝土短柱承载性能的影响因素,试验设计了3个不同偏心距的方套方中空夹层钢管再生混凝土短柱进行单调加载,用于验证所建立有限元模型的正确性;并利用得到验证的有限元模型设计了三种截面类型（方套方中空截面、方套圆中空截面、方实心截面）共7个钢管再生混凝土短柱试件,并以偏心距及外钢管壁厚为变化参数,运用ABAQUS建立有限元模型进行静力加载分析。得到了不同偏心距及外钢管壁厚下钢管再生混凝土柱的荷载-轴向位移曲线,分析了偏心距及外钢管壁厚对钢管再生混凝土短柱承载性能的影响。分析结果表明：三种类型中方钢管中空夹层再生混凝土短柱随偏心距减小或外钢管壁厚的增加,其承载性能均有所提高;三种截面类型中,方套方中空夹层试件初期刚度最大,极限承载力最高。     

外套钢管加固受损钢管混凝土短柱轴压试验研究

为了研究受损钢管混凝土短柱加固前后的力学性能,对13根采用外套钢管加固的受损钢管混凝土短柱进行试验研究.试验通过改变试件损伤率、外套钢管壁厚等变化参数,考察试件破坏形态以及变形情况,进而分析这些参数对加固前后受损钢管混凝土试件的影响.结果表明:当损伤率小于10%时,外套钢管对试件承载力的影响不大,只是在后期延性方面影响较大;随着外套钢管壁厚的增大,加固试件承载力是受损试件承载力的1.9².5倍.     

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景,但是其承载力计算方法却没有明确的相关规定。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,基于本文和相关文献的试验数据,通过拟合得到了圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与欧洲规范(Eurocode 4)、美国规范(ACI 318-99)、日本规范(AIJ-CFT)、中国规程(CECS 28:2012)、福建省地方标准(DBJ 13-51-2003)、行业标准(DL/T5085-1999)的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明：圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。     

钢管自密实混凝土柱轴心受压承载力试验

对18根钢管自密实高性能混凝土柱进行了轴压强度承载力的试验研究,试验的主要参数分别为自密实混凝土的配合比和加载方式。在确定组成钢管自密实高性能混凝土柱的钢材与混凝土的应力-应变关系的基础上,利用钢管混凝土柱轴压强度承载力的实用计算方法对其受力性能进行了理论分析,并采用有限元程序ANSYS对轴压柱的荷载-应变关系进行了分析,最后得出了试验值高于理论分析值,而与有限元计算值吻合较好的结论。该试验结论对相关工程实践具有一定的参考价值。     

钢管混凝土轴压短柱的极限承载力分析

基于双剪统一强度理论,充分考虑了中间主应力,即钢管和核心混凝土之间的相互作用力（紧箍力）的影响,推导出了钢管混凝土轴心受压短柱的承栽力公式。该公式不仅考虑了紧箍力对混凝土的约束作用,而且考虑了紧箍力对钢管的环向张拉作用,并对其侧压系数和材料强度参数的取值做了分析探讨,最后将计算结果与文献资料的试验数据进行了对比。结果表明：双剪统一强度理论对钢管混凝土构件的研究有很好的适用性;考虑紧箍力对钢管承载力的影响是非常有必要的;该研究为钢管混凝土结构的优化设计提供了可靠的理论依据。     

钢管混凝土轴压短柱界限套箍系数

基于统一强度理论,借助钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式的推导,得出了极限状态时钢管和混凝土之间的侧压力,提出了界限套箍系数的概念,并给出界限套箍系数的计算公式,同时分析了不同套箍系数时钢管的三向应力和钢管混凝土短柱的轴压应力-应变曲线出现不同发展趋势的原因,且理论分析得出的结论与相关文献的试验结果一致,说明分析过程的合理性;最后对影响因素进行了分析,根据分析结果提出了实用建议,并发现相关参考文献的界限套箍系数为该研究结果的特例。     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。     

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式,为其灾后修复和加固提供参考。     

T形钢管混凝土短柱轴压性能研究

为改善异形钢管混凝土柱力学性能,提出了设置钢筋加劲肋的异形钢管混凝土柱的结构形式。根据两根有无钢筋加劲肋的T形钢管混凝土轴压短柱的试验结果,比较和分析了试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线。结果表明:T形钢管混凝土中钢板对核心混凝土约束效果不明显;钢筋加劲肋可有效延缓屈曲发生,柱子的延性得到改善。同时采用有限元程序ABAQUS对试件的试验全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合较好。通过数值计算,分析了各参数对异形钢管混凝土柱的影响规律,为进一步开展设置钢筋加劲肋短柱研究工作提供了依据。