六边形钢管混凝土构件的受扭性能研究

通过有限元分析软件ABAQUS研究了六边形钢管混凝土构件的纯扭力学性能.首先建立了方形和圆形钢管混凝土纯扭构件的有限元模型,并将模拟结果与相应试验结果进行对比,以验证有限元模型的准确性;接着采用验证的有限元模型分析了六边形钢管混凝土纯扭构件的扭矩(T)-剪应变(γ)关系曲线、构件剪应力分布规律和钢管对混凝土的约束力分布...     

中低剪力下轴向力、弯矩和扭矩作用时钢筋混凝土圆柱的抗震性能

对混凝土柱在循环受弯、剪、纯扭以及各种弯、剪、扭组合荷载下的试验结果进行介绍。研究中涉及的主要变量为扭矩弯矩比,柱的高径比或弯矩剪力比(中、低剪力模拟时)。高径比决定了弯矩-剪力交互作用的水平。在组合荷载下,对扭矩弯矩比为0·2和0·4,高径比为3和6的柱进行试验。分析了高径比提高对各种性能的影响。特别研究了组合荷载下剪力水平对破坏模式以及对弯剪强度的重要影响。试验结果表明:随着高径比的减少弯曲和扭转承载力与有限元计算结果没有显著变化;但是高径比的减少会导致破坏模式和变形性能的显著变化。     

A softened membrane model for torsion in reinforced concrete members

The Softened Membrane Model (SMM), developed for predicting the behavior of reinforced concrete (RC) membrane elements under shear, is extended to RC members subjected to torsion. This new analytical method, referred to as the Softened Membrane Model for Torsion (SMMT), takes into account the strain gradient of concrete struts in the shear flow zone by making two modifications to the constitutive relationships of concrete. First, in the tensile stress–strain relationship of concrete, the pre-cracking stiffness and the strain at peak stress should each be increased by 45%. Second, the Hsu/Zhu ratio for torsion is taken as 80% of the Hsu/Zhu ratio for shear. Similar to the case of the SMM model for shear, this new SMMT model can predict the entire torque–twist curve, including the ranges before and after cracking, as well as the ascending and descending branches. The theoretical predictions from the SMMT compare very well with the test data on torsion available in the literature.     

Nonlinear analysis of multi-cell reinforced concrete box girder bridges

A numerical method of analysis is developed to determine the nonlinear response, collapse mechanisms and ultimate failure loads of multi-cell RC (reinforced concrete) box girder bridges under stepwise increasing static loads. Nonlinearities considered are material nonlinearities inherent in RC members such as cracking of the concrete, yielding of the reinforcement and formation of plastic hinges due to shear and flexure. The analytical model, based on a three-dimensional grillage, is developed for multicellular structures of arbitrary plan geometry and constant height. Realistic but simple assumptions for the interaction of internal forces due to flexure, shear and torsion in the cellular structure, as well as idealized trilinear force-deformation characteristics for the individual members comprising the grillage, result in a very economical nonlinear analytical model. The proposed analytical scheme, which is based on a mixed model formulation at the element level, is demonstrated and tested on a series of numerical examples and the analytical results indicate good agreement with experimental results obtained from large scale model tests on RC box girder bridges.     

再生混凝土复合受扭构件的抗震性能试验研究

在弯剪扭复合受力下,对2根普通混凝土构件和2根再生混凝土构件进行抗震性能试验,对再生混凝土复合受扭构件的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性等进行分析。研究表明,再生混凝土复合受扭构件的抗震性能比普通混凝土的稍差,但基本能够满足抗震设计的要求。     

弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明：钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足“平截面假定”;在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大（为1.90）时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小（为0.96）时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

考虑加载循环次数影响的弯剪破坏RC柱荷载-变形关系计算模型及其抗震性能评估

为研究不同循环次数地震作用下弯剪破坏型钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能,对2组(8根)不同剪跨比的RC圆柱进行了不同循环次数的拟静力试验。研究了不同加载循环次数作用下弯剪破坏RC圆柱的变形性能和滞回特性,基于试验结果提出了不同加载循环次数下弯剪破坏RC圆柱的荷载-变形关系计算模型和等效阻尼比模型,并给出了考虑地震作用循环次数影响的弯剪破坏单柱墩结构的抗震性能分析方法。结果表明：加载循环次数越多,RC柱剪切效应越显著,水平承载能力和变形能力降低越明显,这一循环退化效应引起的RC柱抗震性能下降现象应在分析中予以考虑;提出的不同加载循环次数下弯剪破坏RC圆柱的荷载-变形关系模型和等效阻尼比模型计算值与试验值吻合较好,可用于考虑不同循环次数影响的地震作用下弯剪破坏RC圆柱荷载-变形关系建立和抗震性能评估。     

Load-deformation relationship calculation model and seismic performance evaluation of RC columns subjected to flexural- shear failure considering influences of cycle number

为研究不同循环次数地震作用下弯剪破坏型钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能，对2组(8根)不同剪跨比的RC圆柱进行了不同循环次数的拟静力试验。研究了不同加载循环次数作用下弯剪破坏RC圆柱的变形性能和滞回特性，基于试验结果提出了不同加载循环次数下弯剪破坏RC圆柱的荷载-变形关系计算模型和等效阻尼比模型，并给出了考虑地震作用循环次数影响的弯剪破坏单柱墩结构的抗震性能分析方法。结果表明：加载循环次数越多，RC柱剪切效应越显著，水平承载能力和变形能力降低越明显，这一循环退化效应引起的RC柱抗震性能下降现象应在分析中予以考虑；提出的不同加载循环次数下弯剪破坏RC圆柱的荷载-变形关系模型和等效阻尼比模型计算值与试验值吻合较好，可用于考虑不同循环次数影响的地震作用下弯剪破坏RC圆柱荷载-变形关系建立和抗震性能评估。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

不同尺寸钢筋混凝土短柱高温后抗震性能分析

为了研究不同尺寸钢筋混凝土短柱在高温和地震耦合作用下的力学行为,建立了火灾高温后钢筋混凝土(RC)短柱抗震性能研究的三维数值模型,对12个几何形状相似、尺寸大小不同的RC柱进行不同受火时间后的水平反复加载试验.在验证模型有效性的基础上,研究了受火时间和截面尺寸对RC柱温度场分布、破坏模式、低周反复荷载下的骨架曲线、位移...     

Seismic behavior and shear strength of tubed RC short columns

Reinforced concrete (RC) short columns are vulnerable to brittle shear failure during an earthquake. The objective of this research is to evaluate the performance enhancement of RC short columns tubed with circular or square tubes. Eight short columns were tested under combined constant axial load and cyclic lateral load. The tested specimens included three circular tubed RC (CTRC) columns and three square tubed RC (STRC) columns. Two common RC short columns including one circular RC column and one square RC column were also tested as control specimens. The test results indicated that common RC short columns suffered brittle shear failure with little ductility, while the ductility of tubed RC short columns was excellent due to the effective confinement of the outer thin tube to the core concrete. The lateral load strength of CTRC short columns increases with the increasing of axial load ratio, while the axial load ratio has little effect on the plastic deformation capacity of CTRC short columns. The shear strength increases with increasing of axial load ratio, while the plastic deformation capacity decreases with increasing of axial load ratio for STRC short columns. A circular tube prevents the core concrete from shear failure more effectively than a square tube for the tubed RC short columns. A modified ACI design method is adopted to calculate the nominal shear strength of STRC columns as well as CTRC columns based on the test and analysis results.     

CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱抗震性能试验研究

通过5根CFRP加固钢筋混凝土短圆柱在低周反复荷载作用下的试验,研究了CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱的抗震性能,探讨了CFRP加固用量对试件抗震性能的影响。试验结果表明:CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱能有效提高其抗震性能,使试件从脆性的剪切破坏逐步过渡到有较好延性的弯曲破坏。本文还建议了CFRP加固钢筋混凝土短圆柱抗剪和抗弯承载力计算公式,计算结果与试验值符合较好。     

基于软化薄膜元理论的波形钢腹板PC组合箱梁纯扭全过程分析

为解决波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下的全过程受力问题，基于软化薄膜元模型（SMMT），结合该桥型的结构及受力特点，建立了一组充分满足平衡条件、变形协调条件及材料本构关系的方程组，根据波形钢腹板未屈服与已屈服两种情况，方程中分别以剪力流连续与剪应变连续来描述钢腹板与混凝土翼板之间的协调关系。在此基础上，给出了求解上述方程组的程序框图，由此建立了针对波形钢腹板PC组合箱梁的纯扭全过程分析模型。对8根已有试件进行验证，结果表明：模型预测的全过程扭矩-扭率曲线与试验曲线吻合良好，包括开裂前的上升段及达到极限状态后的下降段，同时二者在开裂和极限状态下的扭矩与扭率值也非常接近，由此证明了该模型的有效性与准确性。     

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。     

纯扭和复合受扭构件受力模型分析及计算

运用空间薄壁桁架理论建立了受扭构件的受力模型 ,引用混凝土双向受力状态下强度理论和破坏准则推导了相互衔接且简便的纯扭、压 (拉 )扭及剪扭构件承载力公式。与规范公式及试验结果比较 ,符合程度较好     

Nonlinear hysteretic behavior simulation of reinforced concrete shear walls using the force analogy method

Reinforced concrete (RC) shear walls that provide high strength and stiffness are widely used in buildings to resist lateral loads. It often exhibits complex and multiple hysteretic behaviors, including shear behavior, flexural behavior, strength softening, and deterioration, which are often influenced by the reinforcement and concrete material characteristics, vertical loads, and so on. Significant effort has gone toward developing accurate and efficient models, and these models fall into two categories: macroscopic and microscopic models. The microscopic models are accurate but computationally expensive and need more material information and experimental results for calibration. The present research is to implement an existing macroscopic model for use in the force analogy method, which is an accurate, efficient, and stable algorithm for conducting dynamic analysis when coupled with the state space formulation. The RC shear wall model with two vertical sliding hinges and one horizontal sliding hinge assigned to capture the relationship of the lateral deflection or rotation versus the RC shear wall force is validated against prior experimental results. The proposed model is also implemented in a frame, in which inelastic response occurs in both the frame and the RC shear wall members, to demonstrate the application of the model and the potential for simulating complex inelastic dynamic RC frame‐wall structural behavior with the force analogy method. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢环加固圆钢管混凝土柱-RC梁角节点轴压性能有限元分析

针对圆钢管混凝土柱-RC梁角节点,提出了对角节点的节点区采用多段钢环加固的构造方案,并对加固节点模型的轴压性能开展有限元分析研究。通过已有研究成果验证了有限元模型分析方法的可靠性,继而采用ABAQUS有限元分析软件建立152个加固节点模型进行轴压试验模拟。有限元分析结果表明,以多段钢环加强的圆钢管钢筋混凝土柱-RC梁角节点轴压性能优于普通节点,加固节点具有更高的轴压承载力和更好的延性,加固效果明显。参数分析表明：加固角节点的轴压承载力随节点混凝土轴心抗压强度、节点区钢环体积占比和节点区纵筋配筋率的增加而增加;角节点的轴压承载力受梁端剪力影响,较大的梁端剪力可能造成节点延性降低。根据分析结果,建立了节点区采用钢环加固的圆钢管约束混凝土柱-RC梁角节点的轴压承载力算式,供设计该类节点参考。     

钢管混凝土短柱的抗震性能和抗剪强度分析

钢管混凝土短柱在地震中易遭受脆性剪切破坏。为评估圆形或方形钢管短柱的性能,对轴向恒载和侧向往复荷载组合作用下的8个短柱构件进行了测试。测试的构件包括3个圆形钢管柱和3个方形钢管柱,另外2个为普通钢筋混凝土短柱(其中一个为圆形柱,另一个为方柱)。试验结果表明:普通钢筋混凝土短柱在遭受脆性剪切破坏时延性很差,但由于外层薄钢管对核心混凝土的包裹作用,使得钢管混凝土短柱的延性明显增强。圆形钢管混凝土短柱的侧向承载强度随着轴向加载率的增大而增大,但轴向加载率对其塑性变形能力的作用不大。对于方形钢管混凝土短柱,抗剪强度会随着轴向加载率的增大而增大,但塑性变形能力会随着轴向加载率的增加而减小。钢管混凝土短柱中,圆形钢管比方形钢管能更有效地防止核心混凝土发生剪切破坏。基于试验和分析结果,采用了改进的ACI设计方法来计算方形和圆形钢管柱的名义抗剪强度。     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。