基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

方钢管混凝土压弯构件截面弯矩-曲率滞回性能研究

提出了一种适于计算钢管混凝土压弯构件动力性能的钢材滞回模型,模型中考虑了钢材的环向拉力作用;建立了双向受力压弯构件截面弯矩-曲率关系的纤维模型计算方法,并应用本文提出的钢材模型和已有的混凝土模型编制了纤维模型数值计算程序,计算结果与典型试验结果进行了对比;分析了宽厚比、混凝土强度和钢材屈服强度对方钢管混凝土压弯构件截面弯矩-曲率滞回性能和抗弯承载力的影响.     

圆钢管混凝土构件抗弯性能数值分析与承载力计算

根据考虑强化的弹塑性钢材本构关系和约束核心混凝土本构关系,对圆形截面钢管混凝土构件进行截面划分,采用条带法计算了圆形截面钢管混凝土构件的弯矩-曲率关系曲线,分析结果表明,截面中性轴位置主要和套箍系数有关,通过对不同参数试件的分析计算,拟合得出截面中性轴位置的计算方法;对极限状态下钢管和混凝土的应力分布进行简化,基于截面内力平衡理论推导出圆钢管混凝土构件的抗弯承载力计算公式,并与试验结果进行对比,公式计算结果和试验结果吻合较好,计算结果总体上偏于安全,该公式可以有效计算圆钢管混凝土构件的抗弯承载力.     

矩形钢管高强混凝土双向压弯构件截面强度

针对实际工程中方形和矩形钢管高强混凝土双向压弯构件受力时的两种典型加载路径,编制了非线性数值计算程序,对双向压弯构件截面进行了分析,材料本构关系以方形、矩形钢管高强混凝土轴压短柱试验为基础,并考虑了材料加卸载作用的影响.利用所编制的程序,分析了两种典型加载路径下双向压弯构件截面的荷载-变形关系全过程曲线,同时分析了残余应力对截面的荷载-变形关系全过程曲线的影响,讨论了截面长宽比、钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率、加载路径及加载角度等参数对截面强度承载力的影响.最后给出了方形和矩形钢管高强混凝土双向压弯构件截面的三维强度承载力相关关系及其简化计算公式,并将简化计算公式计算结果与程序计算结果行了比较,两者吻合较好.     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件抗震性能与设计方法

为研究钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的抗震性能和设计方法,进行圆钢管和方钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的滞回性能试验研究.试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到显著提高.在轴压比和钢管径厚比相同的条件下,圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件的抗弯承载力和延性明显优于方钢管约束钢筋混凝土.根据试验结果,建立钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型方法和截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合极好.     

圆钢管RPC轴压短柱有限元分析与承载力计算

圆钢管RPC柱可为大跨、高层与高耸建筑、重载工程建设提供性能优越的竖向构件.现有圆钢管RPC轴压短柱承载力计算公式适用于直径不大于152 mm的钢管RPC柱,对大直径钢管RPC柱,计算值偏大.为研究大直径圆钢管RPC轴压短柱承载力计算公式,利用ABAQUS有限元软件,建立了圆钢管RPC轴压短柱分析模型,完成了134种钢管RPC轴压短柱受力全过程分析,研究了RPC相对约束应力与钢管位移曲线的关系,揭示了套箍系数、核心RPC强度等对其荷载-位移曲线的影响规律.结果表明:当套箍系数小于0.5时,钢管RPC柱荷载-位移曲线不存在强化段;当套箍系数大于0.5时,钢管RPC柱荷载-位移曲线出现强化段;当套箍系数达到1时,强化段极限荷载相对于承载力的提升将超过30%,延性更好.相同截面尺寸的圆钢管RPC柱,随核心RPC轴心抗压强度降低,其横向变形系数增大,钢管对核心RPC的约束作用增强.基于试验和数值分析结果,提出了直径达560 mm圆钢管RPC轴压短柱极限承载力计算公式.     

圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能提升机制

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应变曲线、约束指数和中性轴偏移规律,揭示了焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制。进一步,分析了圆钢直径以及构件长细比对圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能的影响规律。结果表明：焊接圆钢可以降低截面中性轴的位置,增大受压侧钢管环向应变,从而提高了受压区混凝土面积,增强了受压侧钢管对混凝土的约束作用,进一步提升钢管混凝土偏压构件的抗弯承载力和弯曲刚度,并且圆钢直径越大提升幅度越高;圆钢加固钢管混凝土偏压构件的极限弯矩随着轴压比的增加而减小,减小的幅度随着圆钢直径和构件长细比的增加而增大,焊接圆钢提升大长细比偏压构件弯曲性能的效果更好,且对大长细比构件弯曲性能的提升效果随着轴压比的增加而增大。     

压弯作用下圆钢管混凝土柱承载力研究

本文应用Abaqus对圆钢管混凝土柱建立有限元模型并进行受力分析,将分析结果与文献中的试验数据对比论证,结果表明:该有限元模型可应用于进行偏心距、混凝土强度等级及钢管厚度对圆钢管混凝土柱压弯承载力影响的研究。以宁陕7层框架住宅作为工程实例,运用Abaqus有限元程序以边柱为研究对象进行建模,作用其上的轴力和弯矩不改变,分析参数改变对柱子承载力的影响。     

钢管再生混凝土受弯构件有限元分析

目的建立再生混凝土塑性损伤模型,对已有试验进行模拟,以验证其本构关系及有限元分析的正确性．方法通过有限元软件ABAQUS建立模型,对三组圆钢管再生混凝土和三组方钢管再生混凝土梁进行有限元分析,研究不同取代率下钢管混凝土梁的受力特性．结果不同再生混凝土取代率对方钢管受弯构件影响较大,而对圆钢管构件影响较小．圆钢管再生混凝土构件受力特性和普通混凝土构件差异不大,故在不同取代率下的计算方法可同普通圆钢管混凝土一样,而对于方钢管再生混凝土则需要根据混凝土约束系数进行修正．结论模拟所得梁跨中弯矩一应变曲线和试验结果吻合较好。证明了模型的正确性．     

矩形钢管混凝土构件的滞回模型

利用计算矩形钢管混凝土构件荷载-变形关系的理论模型分析了含钢率、组成钢管混凝土的材料强度、轴压比、构件长细比及截面高宽比等参数对弯矩(M)-曲率(φ)及水平荷载(P)-水平位移(Δ)骨架曲线的影响.最后提出矩形钢管混凝土构件的滞回模型,此模型的计算结果与数值结果吻合良好,可供进行矩形钢管混凝土结构弹塑性地震反应分析时参考.     

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。     

早龄期钢管混凝土短柱轴压性能试验与理论分析

为研究早龄期钢管混凝土的轴压性能,对同批次浇筑的钢管混凝土短柱进行不同混凝土龄期下的轴压试验研究,得到不同混凝土龄期下试件荷载-变形曲线和破坏形态.分析了不同龄期下试件的破坏形态、荷载-应变曲线以及极限承载力随龄期的变化规律;在已有混凝土龄期应力-应变关系基础上,将国标GB 50010中成熟期混凝土的本构关系扩展到可以适用早龄期混凝土的情况.结合上述试验建立了早龄期钢管混凝土短柱的轴压有限元模型,并对早龄期圆形和方形钢管混凝土的轴压性能进行分析,结果表明:早龄期钢管混凝土的套箍效应随着龄期的增长而增大,且圆形截面的套箍作用和受力性能明显高于方形截面;在成熟期钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的基础上,通过引入龄期套箍修正系数建立了早龄期钢管混凝土短柱的强度承载力计算公式,并采用均匀设计方法对不同龄期圆形和方形钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了模拟,从而验证了公式的适用性,而且具有较高的准确性.该研究将为钢管混凝土结构的安全施工提供参考.     

劲性梁-钢管砼柱不穿心节点轴压承载力的试验

节点是钢管混凝土柱结构的重要部位,相关的试验研究和理论研究严重滞后.本文对最不利形式的节点-钢梁不穿心(钢梁直接焊接在钢管壁上)节点轴压性能进行了试验研究,讨论试验的基本概况、破坏现象以及轴压承载力等问题.试验结果表明,我国规程中规定公式的计算值与本次试验所得的劲性梁-钢管混凝土柱不穿心节点的节点区轴压承载力试验值基本吻合.结论可为不穿心节点轴压承载力的计算、不穿心节点的设计提供参考依据. 更多还原     

异形钢管混凝土轴压短柱的非线性分析

为深入了解L形钢管混凝土柱在轴压荷载作用下的力学性能,以试验为基础,参考常用的方钢管混凝土柱核心混凝土本构关系,提出采用等效约束效应系数ξDB来考虑L形钢管对混凝土的约束作用,利用有限元软件ABAQUS建模对L形钢管混凝土柱轴压时的力学性能进行了非线性分析,给出了有限元计算钢管和核心混凝土本构关系模型、钢管与混凝土间界面模型的确定方法,计算和分析了其荷载-变形关系曲线,计算结果与试验结果吻合较好。典型L形钢管混凝土轴压短荷载-变形关系曲线可以分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段,在此基础上研究了宽厚比、长宽比、钢管屈服强度和混凝土强度对L形钢管混凝土柱承载力提高系数的影响。     

钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压分析

为了研究钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压的力学性能,采用ABAQUS软件建立钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压有限元分析模型,讨论了组合长柱典型试件荷载-变形关系曲线,不同受力阶段应力分布规律及最终破坏模态.通过进行参数分析,考虑不同参数对组合长柱轴心受压力学性能的影响,利用回归分析得到组合长柱轴心受压承载力简化计算公式.结果表明,混凝土强度、配骨指标和钢材强度对组合长柱轴心受压承载力影响较大,长细比影响较小,简化公式计算结果与有限元计算结果及试验结果吻合良好.     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。     

钢骨-组合L形钢管混凝土柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析;根据截面形状组成特点,将L形钢管分为一个矩形和一个方形,通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束,推导并建立了轴压短柱的承载力公式;在此基础上,参照钢结构设计规范,建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好,验证了理论公式的正确性,并进行了短柱轴压承载力参数分析,得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明：该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性,对试验所提出的公式进行了理论上的补充。     

徐变对空心钢管混凝土轴压稳定承载力的影响

为了得到核心混凝土徐变对空心钢管混凝土轴心受力构件承载力性能的影响,从材料模量变化对承载力的影响角度,利用推导出的空心钢管混凝土临界承载力公式并结合有限元程序计算出空心钢管混凝土构件中素混凝土自由徐变量、核心混凝土卸载徐变及构件纵向徐变量,根据将钢与混凝土两种材料在徐变发生后的切线模量改变,计算出徐变后构件稳定承载力下降率.分析表明:空心率越大、钢管的钢材级别越高,徐变对整体构件的承载力影响越少;而恒载占设计荷载的比例越大时,徐变对整体构件的承载力影响越大.当空心钢管混凝土轴压心受压构件承受永久荷载引起的轴心压力占全部轴心力30%及以上时,应将构件承载力乘以徐变折减系数.