非等壁厚矩形钢管混凝土构件抗弯力学性能的试验研究

通过对3个非等壁厚矩形钢管混凝土纯弯构件的试验研究,考察非等壁厚矩形钢管混凝土受弯构件的力学性能。试验结果表明,非等壁厚矩形钢管混凝土受弯构件具有良好的延性和后期承载力,其抗弯性能优于同等条件用钢量的等壁厚矩形钢管混凝土构件。所得结论可供有关工程设计和理论研究参考。     

非等壁厚矩形钢管混凝土结构抗弯承载性能研究

非等壁厚矩形钢管混凝土结构作为梁是一种截面优化的矩形钢管混凝土构件。基于相关的理论假设,推导非等壁厚矩形钢管混凝土构件抗弯承载力的理论计算公式,并通过退化分析,论证所提理论公式的正确性。最后对理论公式与试验结果进行比较,计算结果与试验值误差很小,在工程允许范围内。     

翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁受弯性能研究

为了研究翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁的受力性能,进行了7根钢管混凝土梁的四点弯曲试验,试件的变化参数为钢管上、下翼缘厚度和混凝土强度。结果表明,钢管上下翼缘厚度之比越小,承载力极限状态下的截面中性轴越靠下,表明参与工作的混凝土越多,组合截面承载性能越好;当上下翼缘厚度之比约为1/3时,通过提高混凝土的强度能有效增大构件的受弯承载力。采用有限元软件ABAQUS对受弯试验进行了全过程模拟,得到的结果与试验结果吻合。模拟分析还表明,优化后的翼缘非等厚矩形钢管混凝土截面不仅增大了钢管分担的弯矩,同时也增加了混凝土的工作面积,两者共同作用提升了构件的受弯承载力,当含钢率约为0.2时,承载力相较于等壁厚构件可提升15%以上。在平截面假定的基础上推导了翼缘非等厚矩形钢管混凝土组合截面受弯承载力的解析表达式,并探讨了对构件截面的优化问题,特别对含钢率较高的高强混凝土构件,优化截面的承载力提高效果显著。研究结果表明,翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁具有良好的承载性能和变形性能。     

界面状态对矩形钢管混凝土构件抗弯性能的影响

考虑钢-混凝土界面完全粘结和自由滑移2种极限状态,研究矩形钢管混凝土构件受弯过程的截面中和轴平移规律,并基于平截面假定,分别给出2种界面状态下构件抗弯承载力、抗弯刚度的理论计算方法。同时,针对钢管与核心混凝土界面平均粘结强度,分析抗弯构件在界面脱粘时的有效受压区高度。研究结果表明:矩形钢管混凝土的界面脱粘导致核心混凝土的抗弯承载力过早失效,构件的整体抗弯刚度和承载力降低;高宽比越大,钢管混凝土梁的整体钢管与混凝土之间的界面状态性能对构件抗弯承载力的影响越明显;实际中核心混凝土在未达到极限受压强度前与钢管发生脱粘,为充分利用核心混凝土的材料强度,应对矩形钢管混凝土的界面粘结进行构造加强。     

混凝土填充变壁厚矩形钢管的弯曲性能

在纯弯状态下,对3个变壁厚矩形混凝土填充钢管力学性能进行了试验研究,以研究组合梁的弯矩与变形关系。首先,对变壁厚混凝土填充矩形钢管的极限弯曲强度和基于目前设计标准的单一壁厚混凝土填充钢管梁的预测强度进行了比较。提出一非线性有限元模型对试验结果进行验证,用该有限元模型研究了钢管壁厚比对组合梁弯曲强度的影响。试验与分析结果都表明,变壁厚矩形混凝土填充钢管梁具有较好的延性,其弯曲强度高于单一壁厚混凝土填充矩形钢管梁的弯曲强度。     

矩形钢管混凝土构件抗弯性能研究

为研究厚实、非厚实和薄柔截面矩形钢管混凝土(CFST)构件的抗弯性能,提出一种有限元分析(FEA)模型。使用70组试验结果对有限元模型进行验证。有限元分析得到的复合构件极限抗弯承载力和弯矩-跨中挠度关系曲线与试验结果相符。利用有限元模型研究核心混凝土的破坏模式、外钢管典型的残余变形以及整个加载过程中组合结构的应力-应变分布。分析结果表明,组合梁中钢材和混凝土的相互作用使其产生了应力重分布,从而提高了矩形钢管混凝土梁的抗弯承载力和延性。最后,使用可靠性分析方法对欧洲规范EC 4(2004)、美国AISC(2010)和中国规范DBJ/T 13-51-2010中组合梁的现有设计公式进行了评估,结果发现,设计公式的可靠性指标较好。     

圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能研究

为研究圆端形钢管混凝土构件弱轴抗弯性能,利用有限元分析软件ABAQUS对其进行模拟,对其破坏模式、受弯全过程进行了分析,并基于大量的参数分析结果,提出了圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力计算公式。研究结果表明:圆端形钢管混凝土弱轴受弯构件抗弯承载力随钢管壁厚、钢材强度、高宽比的增加而提高,而混凝土强度的改变对其抗弯性能的影响较小。     

预应力矩形钢管混凝土梁的承载力探讨

针对钢管混凝土构件无明显的抗弯优势,而预应力能使预应力钢筋的高强抗拉性能得到发挥和使钢管混凝土构件具有良好抗压性能,分析了预应力对矩形钢管混凝土梁的影响,探讨了预应力矩形钢管混凝土梁的承载力特性,在受力机理分析基础上推导了其抗弯、抗剪承载力的计算公式。并且,运用大型通用有限元程序ANSYS对计算公式进行了校核,两者基本吻合,所推公式可以为工程实践提供设计参考。     

世界各国规程钢管混凝土构件抗弯承载力及抗弯刚度的对比

本文通过24个方形和圆形的钢管混凝土构件的弯曲试验结果,以及有关文献中钢管混凝土抗弯试验研究的结果,将钢管混凝土构件的抗弯承载力、初始刚度和使用阶段刚度与相关规范AISC-LRFD、EC4、AIJ、BS5400和DBJ13-51的计算结果进行了对比,分析了各规范在计算这些抗弯力学性能指标的适用性和准确性。     

矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究

对6根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土短柱试件进行轴压试验,研究了内外钢管的长宽比对短柱的力学性能的影响。试验结果表明:比较内管相同的试件,外管截面尺寸较大者其轴压承载力略高;比较外管相同的试件,由于混凝土的减少和内管的局部屈曲,轴压承载力随内管的增大略有下降,本次试验中的实心钢管混凝土短柱的轴压承载力略高于中空夹层钢管混凝土短柱。同时用ABAQUS有限元软件对试件轴压全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

矩形钢管弯扭构件的工作性能研究

利用通用有限元软件ABAQUS对矩形钢管弯扭构件的荷载一变形关系进行计算,计算结果与试验结果基本吻合。在此基础上,考虑不同加载路径的影响,对矩形钢管弯扭构件的工作性能进行分析,最后在参数分析结果的基础上,提出矩形钢管弯扭构件承载力相关方程的实用简化计算方法,该方法所得计算结果得到试验结果的验证。     

钢管初应力对中空夹层钢管混凝土轴压与抗弯力学性能影响的研究

采用数值方法计算考虑钢管初应力影响时的中空夹层钢管混凝土构件荷载-变形关系曲线,在此基础上,分析初应力系数、截面含钢率、材料强度和空心率等因素的影响规律,最后给出考虑钢管初应力影响时中空夹层钢管混凝土抗弯刚度影响系数的实用验算方法。     

往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。     

方钢管混凝土框架梁柱节点的抗震性能研究

采用ANSYS有限元软件对方钢管混凝土框架梁柱常用的两种节点形式即栓焊混合连接和全焊接连接进行了三维实体建模 ,在此基础上利用非线性有限元方法研究了两种节点在低周往复荷载作用下的滞回性能 ,并对两种节点形式的抗震性能进行了比较 ,结果表明 ,全焊接连接节点的抗震性能优于栓焊混合连接节点。     

方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的理论分析与试验研究

基于从试验中剥离出来的混凝土和钢材的应力 -应变关系 ,采用数值分析的方法对方形、矩形截面钢管混凝土受弯构件的力学性能进行了分析。同时 ,进行了 6根方形、矩形钢管高强混凝土受弯构件的试验研究 ,研究构件纯弯段的受力性能 ,并与理论分析结果进行了对比 ,发现两者吻合较好。在此基础上 ,利用程序分析了钢材的屈服强度、混凝土强度、含钢率、截面长宽比对构件抗弯性能的影响。最后给出了受弯构件的典型曲线     

局部承压矩形钢管混凝土短柱力学性能研究

基于单调荷载作用下钢材和混凝土的应力-应变关系模型,考虑了材料本构关系的非线性以及不同材料之间的接触关系,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了矩形钢管混凝土短柱在局压偏压下的非线性有限元计算模型。计算分析矩形钢管混凝土受局压偏压时的荷载-变形全过程关系曲线,计算曲线与试验曲线吻合较好。通过分析局压面积比、截面含钢率、钢材和混凝土强度以及端板厚度等对钢管混凝土局压力学性能的影响规律,较深入地了解矩形钢管混凝土受局压偏压荷载时的工作机制。最后,在系统参数分析结果的基础上,提出矩形钢管混凝土局压偏压承载力简化计算方法。     

离心钢管混凝土构件弯扭试验研究

建立了离心钢管混凝土结构弯扭性能的试验方法 ,介绍了试验过程及装置 ,通过 11根离心钢管混凝土构件的弯扭试验 ,研究分析了不同弯扭加载路径下 ,影响构件受力及变形的主要因素及构件弯扭破坏的机理 ,构件弯扭联合作用下钢管壁应力试验值与Mises屈服准则吻合良好 ,并在试验研究的基础上 ,得出了该结构形式的弯扭承载力相关方程 ,为工程中弯扭联合作用的设计提供了依据。