钢管直径对T形截面钢管混凝土芯柱的抗爆性能影响研究

研究钢管直径这一参数的变化对T形截面钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。通过非线性有限元分析软件ABAQUS对钢管直径不同的T形截面钢管混凝土芯柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。比较了普通T形钢筋混凝土异形柱和T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的差异。通过变化钢管直径,得到钢管直径的变化对T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。研究表明:T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能优于普通T形钢筋混凝土异形柱;T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能随钢管直径的增大而加强。     

局部穿透腐蚀高强钢管混凝土柱抗冲击性能研究EI北大核心CSCD

钢管混凝土(concrete-filled square steel, CFST)出现局部腐蚀时,其抗冲击性能会受到明显影响。为此,利用ABAQUS软件建立了方形高强钢管混凝土柱(high-strength concrete-filled square steel, HSCFST)数值模型,考虑开缝角度、开缝长度、冲击面和冲击能等参数对HSCFST柱抗冲击性能的影响。结果表明:局部穿透腐蚀影响下,水平开缝的正面冲击构件的裂缝会出现闭合现象,而侧面冲击构件破坏时裂缝呈现“三角形”形态;冲击力平台值主要受冲击面的影响,其次是开缝角度,而开缝长度主要对承受背面冲击的构件影响较大;开缝角度的增大和开缝长度的减小与冲击力平台值的提高成正比,承受正面冲击的构件其抗冲击性能优于承受侧面和背面冲击的构件。减小开缝角度会增大构件的跨中挠度,受正面冲击的构件的跨中挠度要小于受背面和侧面冲击的构件;构件的能量吸收率与开缝长度的增加成正比,与开缝角度的增大成反比,受背面冲击的构件的能量吸收率最高,正面冲击则最小。基于大量参数分析结果,提出了局部穿透腐蚀作用下HSCFST柱的动力抗弯承载力影响系数的实用计算方法。     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明：设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。     

带约束拉杆T形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

该文介绍了11 个带约束拉杆和5 个不带约束拉杆的T 形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。结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟钢管局部屈曲的发生,有助于T形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性的提高。在合理假定的基础上,将T形钢管混凝土截面划分成1 个无拉杆的方形和3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。     

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点力学性能试验研究EI北大核心CSCD

针对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点在高层建筑工程中存在传力不直接,施工难度大,施工质量难以保证的问题,结合北京CBD核心区Z13地块超高层项目,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点,对不同配筋率的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能、破坏形态、耗能能力和延性等力学性能。并与传统的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁焊接牛腿式连接节点和矩形钢管混凝土柱-混凝土梁套筒牛腿式连接节点进行性能对比。在试验基础上,对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点受力性能进行理论分析并推导适用的设计公式。结果表明:矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点与另外两种类型节点相比有较强的承载能力,能够满足“强节点,弱构件”及传递竖向荷载的结构设计要求,并且便于施工、质量可靠。在此基础上进行理论分析,提出节点受弯承载力设计公式并推荐型钢牛腿截面按照承担梁端剪力80%进行截面设计,为矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点设计提供技术支撑。     

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。     

内置非贯通型钢的钢管约束RC柱抗震性能研究EI北大核心CSCD

提出采用内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete, STRC)柱节点的构造方案,为明确节点中内置非贯通型钢STRC柱的受力性能,设计6个不同型钢内置长度STRC柱及2个无型钢柱对比试件,通过低周反复荷载试验及有限元模拟,分析了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、钢管和型钢应变,探讨了型钢内置长度和轴压比对柱抗震性能的影响。结果表明:STRC柱根区域均发生压弯破坏,内置型钢长度对混凝土损伤程度及裂缝开展范围有显著影响,所有试件在加载后期仍具有稳定的承载力;内置型钢对STRC柱承载力及变形能力有不同程度的增强,当内置长度较短时,抗弯性能不易发挥,增大内置长度可提高型钢受弯程度,明显提升试件抗震性能,当内置长度超过一定值后,型钢受弯较充分,性能则趋于稳定;柱根部钢管主要提供横向约束作用,中部钢管主要参与截面抗弯,可占截面总弯矩30%以上;随轴压比的增加,试件承载力提高但延性降低。结合试验数据进行扩参分析,给出了满足组合柱承载力和变形要求的内置非贯通型钢长度建议值。     

钢管混凝土哑铃形偏压长柱极限承载力研究

以长细比和偏心率为参数,进行了共16根钢管混凝土哑铃形偏压柱的试验。介绍了试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-变形曲线、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:钢管混凝土哑铃形偏压长柱属整体破坏,其极限承载能力和弹塑性阶段的切向刚度随着构件长细比和偏心率的增加而降低。建立了有限元模型,对哑铃形偏压长柱进行了受力全过程和极限承载力分析。分析表明:长细比和偏心率两个参数对钢管混凝土哑铃形偏压柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响。稳定系数的计算公式可采取与哑铃形轴压长柱相同的计算公式。偏心率折减系数可采用本文通过对试验数据和有限元计算数据的回归拟合出的计算公式。     

钢管壁厚度对方钢管混凝土柱受力性能的影响

以BASE试件为基础设计3个不同钢管壁厚度的GT试件进行了非线性有限元分析,采用在钢管和混凝土间加入粘接单元方法。从经济适用的角度,钢管壁厚度可加厚,但不宜太厚,太厚会使钢管底部应力集中严重,同时还要满足规范要求。要采用适当的壁厚,在方钢管的底部和底角部存在应力集中现象,对方钢管的底部应加大刚度,柱底角部应加强施焊。混凝土压碎破坏发生在柱底部,在混凝土的施工过程中保证混凝土柱底浇注密实。本文的研究对今后方钢管混凝土柱的设计和施工具有一定的指导意义。     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能EI北大核心CSCD

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。     

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱轴压力学性能试验研究

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱(T-section concrete filled steel and GFRP tubular composite column,T-SCFC)包括外部钢管、夹层混凝土、玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)管和核心混凝土。对14根不同截面形式的约束混凝土短柱和3组内置不同复材管壁厚的T形截面钢管混凝土组合柱进行轴压试验,对比分析了方钢管混凝土短柱(Square concrete filled steel tube,CFST)、复材管约束混凝土短柱(Concrete filled GFRP tube,CFFT)、内置复材约束方钢管混凝土短柱(Steelconcrete-GFRP-concrete tube,SCFC)和T-SCFC柱在轴压荷载作用下的力学性能。建立与试件同尺寸的有限元模型,并开展数值参数分析,研究不同钢管壁厚和核心混凝土强度对T-SCFC柱轴心受压性能的影响。结果表明：内置约束复材管可以明显提高方钢管混凝土短柱的受压性能,显著延缓SCFC短柱在轴压荷载作用下的钢材屈服和...     

中空夹层钢管混凝土组合框架的拟动力试验EI北大核心CSCD

以高强单边螺栓连接的中空夹层钢管混凝土柱与型钢-混凝土组合梁是一种装配式框架组合结构。为了研究该组合结构在罕遇地震时的动力响应和局部构件的变形损伤,使用OpenSees软件和MTS液压伺服加载设备进行了多层框架拟动力试验,其中易于损伤的底部两层框架设置为试验子结构。具有水平随动能力的轴力加载是试验的技术难点之一,将省略轴力的简化边界和具备水平随动轴力的近似边界进行对比试验,结果表明:罕遇地震作用下,装配式框架的梁柱节点率先屈服,节点转动耗散了地震能量,从而避免梁端出现塑性铰;使用高强单边螺栓连接的梁柱节点属于半刚性连接,导致框架的层间位移角略大于抗震规范2%的限制;轴力略微有利于增加中空夹层钢管混凝土柱抗侧移刚度,省略轴力的试验加载方案是一种可接受的边界简化。     

高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究双钢管混凝土(concrete-filled double-tube,CFDT)柱在高温下的抗冲击性能,利用ABAQUS有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型,考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响,并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上,从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应,并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明,在高温与冲击耦合作用下,CFDT柱主要呈现弯曲破坏,随着温度升高,CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响,当轴压比从0增加到0.6,高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%;混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响,高温800℃时混凝土强度由40 MPa增加到60 MPa,构件冲击力平台值提高了22.8%。     

T形截面双向偏心受压柱的稳定性研究

本文通过对Ｔ形截面偏心受压构件的计算机分析，研究了长细比，偏心距对构件极限承载力及破坏形态的影响，探讨了荷载角与Ｔ形截面偏压柱受力及破坏形态的关系，同时针对理论分析时砼受压应力－应变曲线中极限压变值对Ｔ形截面偏压构件受力性能的影响进行了探索，本文研究结果对异形截面柱框架结构的设计具有一定的参考价值。     

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。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究EI北大核心CSCD

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

冲击荷载下钢管混凝土柱模型力学性能试验研究

为研究冲击荷载下钢管混凝土柱（CFT）的力学性能，采用φ57mm轻气炮实验装置和技术，进行了8个钢管混凝土柱模型的冲击试验及模拟分析计算。测得了不同弹体冲击速度下试件表面的应变时程曲线，获取了试件破坏形态及残余变形，比较了不同弹体冲击速度、试件装夹部位、试件外包约束等因素的影响。结果表明，冲击荷载作用下试件残余变形、应变变化直接与弹体冲击速度有关；受弹体碰撞后，试件冲击端的残余变形最大；装夹部位设在试件中部更能真实的模拟试件受力的真实情况．外包碳纤维对试件的抗冲击性能有一定的改善，尤其是在横向变形较大的部位；钢管混凝土柱模型试件的应变量级很大，环境噪声影响较大，可采用大阻值和大量程应变片提高应变准确度。     

钢管混凝土哑铃形轴压长柱极限承载力研究

共进行了10根不同长细比的钢管混凝土哑铃形轴压长柱(5根强轴向破坏,5根弱轴向破坏)的试验研究。对于沿强轴方向失稳破坏的试件,通过在弱轴方向焊接波形钢板以加大其抗弯刚度来实现,试验结果表明这一方法是可行的。与单圆管轴压长柱相似,哑铃形轴压长柱试件的极限承载力和弹塑性阶段切向刚度均随着试件长细比的增加而减小。但相同长细比情况下,与单圆管长柱弹性失稳破坏不同,哑铃形长柱属弹塑性失稳破坏。提出了哑铃形轴压长柱的非线性有限元计算方法,并进行了长细比对极限承载力影响的参数分析。研究结果表明:哑铃形轴压长柱的稳定系数与单圆管的不同,但沿强轴、弱轴向失稳的极限承载力随长细比变化而变化的规律基本一致,提出了将二者统一的稳定系数简化计算公式。