高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行了高温作用后钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,通过试验研究试件所经历的最高温度、升降温全过程中轴压力水平、冲击速度、冲击能量和含钢率等参数对高温后钢管混凝土抗冲击性能的影响。试验量测了钢管混凝土应变、冲击力和压缩变形时程曲线,试验结果表明,试件所经历的最高温度、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温作用后钢管混凝土的动态力学性能有显著的影响,而升降温全过程中轴压力水平的影响较小。试件的轴向和径向残余变形随着试件所经历的最高温度、冲击能量、轴压比的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,说明钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力。     

高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和特制高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,通过测试高温下钢管混凝土的动态强度和应力-应变曲线,揭示温度和冲击速度(应变率)对高温下钢管混凝土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,高温下钢管混凝土仍具有良好的抗冲击性能、延性和耗能能力。在该文试验参数范围内,温度作用相比冲击速度的影响更加显著。高温下钢管混凝土动态强度受试件尺寸影响显著,后续研究工作应关注钢管混凝土动态冲击荷载作用下的尺寸效应研究。     

低速横向冲击下钢管混凝土构件的力学性能研究

建立了钢管混凝土构件在低速横向冲击作用下的有限元计算模型,其中考虑了钢材和混凝土的应变率效应以及钢管和混凝土界面的接触关系。与现有试验结果对比,分析结果表明:有限元模拟结果和试验结果吻合较好。之后采用该有限元模型进行了参数分析,讨论了各参数对钢管混凝土在冲击荷载下的力学性能的影响。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件,为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制,结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段,开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明：(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形,与浅梁破坏形式有明显差异;(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变,随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小,钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段;(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的,裂缝多次多向扩展形成裂缝带,进而形成塑性铰,导致短梁整体破坏;(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量,具体表现相同冲击能量(30 000 J)下,随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w_p≤29.85 mm; 17.12 mm≤w_r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋...     

低速侧向冲击下钢管混凝土柱挠度研究

从实验研究及数值分析两个方面对钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的横向挠度和挠曲线进行了实际测试和计算机仿真。采用落锤冲击实验,测定了试件的跨中最终挠度随冲击能量E、套箍系数ξ、约束类型的变化数据,讨论了变化规律,记录了冲击破坏状态。采用ANSYS/LS-DYNA程序模拟了跨中最终挠度和挠曲线,与实验结果有较好的一致性。     

钢管混凝土哑铃型梁受弯试验研究

进行了钢管混凝土哑铃型梁的试验与分析.哑铃型截面包含腹腔内填有混凝土的传统形式和腹腔内不填混凝土的新型截面.试验结果表明,钢管混凝土哑铃型梁具有良好的弹塑性和延性,构件挠度达跨径的1/20时仍能继续承载.腹腔内的混凝土对腹板的受力性能有一定的影响,但对梁的总体受力性能影响不大.     

高温下混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和高温炉进行了高温下普通混凝土的抗冲击性能试验研究,通过比较实测动态强度和应力-应变曲线,揭示了温度和应变率对高温下混凝土动态力学性能的影响规律.试验结果表明：除200℃~300℃范围外,高温下混凝土具有显著的应变率效应,且温度越高动态应变率效应越显著;温度和应变率对混凝土归一化应力-应变关系曲线上升段的形状影响很小,可采用统一的函数形式.200℃~300℃低温区混凝土不仅无明显动态效应,且存在静力强度衰减现象,此特性需引起注意并有待进一步研究.     

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。     

落锤冲击下伪弹性TiNi合金固支梁的响应特性研究

本文主要通过实验并辅以数值计算,对伪弹性TiNi合金固支梁的落锤冲击响应进行了研究,目的是研究相变对结构动态响应的影响。结果表明固支梁在大质量块的低速冲击作用下,由早期的弹性弯曲波动响应,发展到整体结构响应。相变和相变铰的形成,改变了梁的行为,特别是相变的可逆性使梁在卸载后恢复原状,呈现出与传统理想弹塑性梁不同的响应特性。     

钢管混凝土柱-RC梁平面框架耐火性能分析

建立了外荷载和升、降温火灾共同作用下钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁平面框架结构的有限元分析模型,用已有试验数据对模型进行了验证。在有限元模型基础上,对钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁平面框架在ISO-834标准升、降温火灾下的力学性能进行了分析,研究了梁荷载比、柱荷载比和升温时间比等参数的影响规律。分析结果表明该组合框架不仅会在升温过程中破坏,也会在降温过程中破坏。该组合框架是否会在降温段发生破坏,跟梁荷载比、柱荷载比和升温时间比有关。     

火灾作用后钢管混凝土构件侧向撞击性能研究

建立火灾作用后钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)构件的侧向撞击数值模型以分析构件的抗撞击性能,并对模型的准确性进行了验证.分别对比了不同受火时间后构件的跨中挠度、撞击力和截面弯矩时程曲线,分析了受火后构件的弯矩和剪力分布形态.通过吸能系数和火灾后动态弯矩提高系数对受火后构件的抗...     

大长细比抛物线形钢管混凝土无铰拱平面内稳定性能研究

为研究圆拱结构几何非线性内力和位移计算以及平面内稳定分析问题,基于圆拱几何非线性静力分析模型,构造了解析位移形函数,进而利用能量法和势能变分原理,构造了解析型几何非线性圆拱单元,给出了单元列式;同时将该文模型通过理论退化,得到了不考虑轴向变形的无压缩圆拱模型,进一步得到了解析型无压缩几何非线性圆拱单元,并将此单元应用于圆拱的平面内稳定分析。研究结果表明：采用本单元模型进行平面内分岔失稳分析得到的失稳临界荷载系数与经典Timoshenko模型、Dinnik模型及静力法模型计算结果一致,相对误差为0%;平面内分岔失稳的临界荷载与平面内极值点失稳的临界荷载一致。该文单元具有解析型、高精确性以及良好的适用性,可用于任意工况下圆拱结构几何非线性位移、内力和平面内稳定分析。     

Behaviour of concrete-filled steel tubular columns incorporating fly ash

The subject of this work is to investigate the effect of fly ash on the strength of concrete filled steel tubular columns from 28 to 365 days. A contrast study was carried out on concrete filled steel tubular columns incorporating 10–40 wt% fly ash, and for control Portland cement concrete filled steel tubular columns. The effect of pre-coating the inner surface of steel tubes with a thin layer of fly ash was also studied. Assessments of the concrete mixes were based on the compressive strength and the bond strength. The results show that a lower replacement with fly ash can improve both bond strength and compressive strength, while a higher replacement with fly ash requires a relatively longer time to achieve similar beneficial effects. Pre-coating the inner surface of steel tubes with a thin layer of fly ash can notably improve the bond strength. The microstructure of the interface between concrete and steel tube was also studied by using scanning electron microscopy analyzer.     

钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构滞回性能分析

为了研究带钢管混凝土边柱钢筋混凝土(RC)剪力墙的抗震性能,在其他研究者完成的带钢管混凝土边柱RC剪力墙和普通钢筋混凝土剪力墙滞回性能试验结果的基础上,采用开源非线性分析程序OpenSees平台中的非线性纤维模型对其进行了低周往复试验的数值模拟,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法来模拟纤维截面的抗剪。计算结果与实测结果总体吻合较好,研究表明：这种考虑剪切效应的纤维模型法能够较好的模拟该类组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化,而且运算效率较高。     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

钢管混凝土(CFST)构件可充分发挥钢管与核心混凝土优点,在桥梁墩柱中已得到应用,抗撞设计是其在墩柱中推广应用的关键问题。因此,该文基于LS-DYNA有限元软件建立了56个车辆撞击双柱CFST桥墩分析模型并进行抗撞机理与参数分析。基于前期落锤撞击结果与实车撞击试验验证了模型可靠性;对典型工况下撞击力和桥墩塑性应变发展、内力分布和能量转换进行研究并重点分析了含钢率、轴压比、货物刚度、车辆质量和速度对CFST桥墩撞击力和侧向位移分布的影响规律;采用等效静力法计算得到25 ms等效车辆撞击力(ESF₂₅)并对AASHTO规程建议值进行评估,提出车撞CFST桥墩撞击力预测公式。结果表明：车辆撞击下CFST桥墩钢管与核心混凝土协同工作,钢管是主要耗能部件;由于上部结构和桥墩惯性作用,不同撞击时刻桥墩内力分布具有显著差异;车辆质量与速度对撞击力发展影响显著,含钢率与轴压比影响较小,货物弹性模量在2000 MPa内变化时影响较大;建议的撞击力公式可较好预测考虑上部质量影响的CFST桥墩撞击力。     

钢管混凝土梁柱加强环螺栓节点受力性能优化研究

为研究具有不同构造形式的加强环螺栓连接节点的力学性能,基于圆钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点单调加载试验结果,采用合适的混凝土与钢材本构模型,通过ABAQUS建立该类节点的三维精细化有限元分析模型;对比分析试验和模型的受力特征和破坏形式,验证了数值模型的可靠性;与加强环焊接刚接节点对比,通过对不同构造措施下的加强环螺栓连接节点进行数值模拟,分析结果表明:加强环上采用4排螺栓并加设腹板加劲肋和环板加劲肋的加强环螺栓连接节点可达到全焊加强环刚接节点的初始刚度和抗弯承载力。     

Analysis of CFRP externally-reinforced steel CHS tubular beams

The reinforcing effect of externally bonded composite materials in the ultimate response of steel structures is introduced and the principal variables discussed. Composite beams of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) sheets and steel circular hollow steel sections (CHS) are considered in this study. The investigation aims to quantify the contribution of the external reinforcing system to enhancing the strength characteristics of the thin walled steel section. An analysis of the ultimate bending strength of composite steel-CFRP CHS tubular beams which accounts for material properties and fibre orientation is outlined. The variations in the elastic and yielded regions around the section are examined. The provided results demonstrate that the ultimate load can be increased satisfactorily by adding high-strength fibre sheets to the steel sections and externally reinforcing them.     

基于车-桥耦合振动的铁路钢管混凝土系杆拱桥冲击系数研究

为合理评估铁路钢管混凝土(concrete-filled-steel-tubular,CFST)系杆拱桥在移动列车荷载下的冲击系数,以我国高速铁路客运专线某计算跨径为136 m的钢管混凝土系杆拱桥为例,基于车-桥耦合振动的分析方法,建立了考虑桥梁桩-土效应的列车-桥梁动力相互作用模型,基于概率统计学假设检验方法,分析了...