钢管初应力对钢管混凝土构件轴压刚度和抗弯刚度的影响

钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度是对钢管混凝土结构进行抗震分析的重要指标。利用数值方法计算了考虑钢管初应力影响时的钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载 -变形关系曲线 ,分析了初应力系数、截面含钢率、钢材和混凝土的强度等因素的影响规律。最后推导了考虑钢管初应力影响时钢管混凝土构件弹性抗弯刚度简化计算公式     

钢管初应力对钢管混凝土压弯构件承载力的影响研究

钢管初应力对钢管混凝土力学性能影响一直是众所关注的问题之一。首先进行了钢管初应力对方钢管混凝土压弯构件力学性能影响的试验研究 ,然后对考虑钢管初应力影响时 ,圆形和方形钢管混凝土压弯构件的荷载 变形关系曲线进行了理论分析 ,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上 ,分析了初应力系数、构件长细比、截面含钢率 ,荷载偏心率、钢材和混凝土的强度等因素的影响规律 ,最终提出考虑初应力影响时 ,圆形和方形钢管混凝土压弯构件承载力的实用验算方法     

钢管初应力对钢管混凝土节点力学性能影响研究

钢管混凝土结构中的钢管在施工期间首先作为施工支撑和混凝土浇筑模板,因此钢管中已存在初始的应力.基于ABAQUS软件,对有初应力的钢管混凝土构件进行了数值分析,理论计算结果与试验结果吻合良好.在此基础上对有钢管初应力的钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能进行了数值模拟和参数分析.结果表明:钢管初应力的存在使得钢管混凝土节点极限承载力有一定程度降低;参数分析结果表明,钢管初应力对节点承载力的降低随柱轴压比和长细比的增大而趋于更加明显,而梁柱强度比和梁柱线刚度比的变化对其影响不明显.     

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。     

自应力钢管混凝土极限承载力研究

针对钢管混凝土的缺陷,出现了自应力钢管混凝土,自应力对在钢管混凝土中有重大作用,将对其极限承载力产生很大影响。通过分析自应力钢管混凝土破坏机理,在普通钢管混凝土受压构件极限承载力计算公式的基础上,推导自应力钢管混凝土受压构件极限承载力计算公式,并分析自应力值大小对极限承载力的影响。     

水平放置后浇钢管混凝土轴向受压性能的分析

通过非线性有限元法,分析了施工过程中采用钢管横置混凝土后浇工艺的钢管混凝土受压构件,由于施工过程中混凝土的自重在钢管中产生的初应力对其力学性能的影响。首先利用文献提供的试验数据验证了在有限元计算方法中参数选择的合理性,并着重对比了考虑浇筑过程与否对钢管混凝土轴向受压构件极限承载力的影响。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

钢管混凝土轴心受压构件徐变分析

在对钢管混凝土轴心受压构件的轴压力学特性和核心混凝土徐变分析的基础上,从变形协调条件出发,通过引入混凝土换算弹性模量,推导了钢管混凝土轴压构件应力重分布计算方法。此方法较好地考虑了钢管混凝土构件徐变因素(含钢率、应力级别、材料等级)的影响,并分析研究了不同影响因素条件下钢管混凝土结构的徐变特性。针对钢管混凝土受力特点,研究表明,运用该方法计算在轴心受压状态下徐变所引起的钢管混凝土截面应力重分布是合理的。     

温度对钢管混凝土承载能力影响的分析

本文论述了钢管混凝土的优点,分析了其不能被充分利用的主要原因,一是混凝土干缩所引起钢管和混凝土的离析作用,二是外界温度作用下,钢管和混凝土膨胀不同所造成的间隙.文中还对钢管混凝土的各受力阶段和应力进行了分析,找出微裂缝与钢管混凝土破坏的关系以及温度对钢管混凝土受压构件承载力的影响,最后提出了采用自应力钢管混凝土的解决办法.     

考虑初应力的钢管混凝土柱轴压承载力统一解

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,对有初应力的钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行理论分析,引入考虑长细比影响的折减系数,建立了考虑初应力的钢管混凝土柱轴压极限承载力的统一解。将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,验证了公式的合理性。推导出一个新的初应力影响系数,并对其各参数进行分析。该结果为研究初应力对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响提供了理论依据,具有一定的实际参考价值。     

节点刚度对有缺陷短程线球面网壳稳定性的影响

节点刚度是影响网壳稳定性的重要因素之一,为理解其影响规律,应用Ansys的Matrix27单元,建立节点刚度单元模型,并考虑初始缺陷的影响,运用非线性有限元全过程分析方法,研究了节点刚度变化对不同缺陷短程线球面网壳稳定性的影响.结果表明:刚度降低,网壳稳定承载力下降;缺陷增大,节点刚度的影响减弱,并给出了一些工程设计的建议.     

Experimental and numerical study on the stability capacity of Q690 high-strength circular steel tubes under axial compression

This paper presents experimental investigation on the local and overall buckling capacity of Q690 high-strength circular steel tubes under axial compression. Coupon tests are undertaken to obtain the Young’s modulus, Poisson’s ratio, tensile yield stress and ultimate tensile strength of Q690 steel material. Forty-two specimens under axial compression are tested to evaluate the buckling behavior and the failure mode. Test results indicate that most of the existing design standards are conservative for the design of Q690 steel tubes. The distribution model of residual stress is measured by cutting ring method. Then, a finite element model based on modified column deflection curve method (CDC) is built to assess the effects of initial imperfection and residual stress on the stability capacity of the steel tubes. Finally, design methods and recommendations are provided for estimating the stability capacity of high-strength circular steel tubes.     

初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大; 不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响; 给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。     

初始缺陷薄壁方钢管混凝土柱宽厚比研究

引入折减系数α,考虑初始缺陷的影响,采用理论分析与有限元计算相结合的方法,研究有初始缺陷的薄壁钢管混凝土的宽厚比,通过局部屈曲判定曲线得出薄壁钢管的折减系数α在0.87以上.研究表明,初始缺陷使得薄壁钢管混凝土管壁的局部屈曲提前发生,并且随着钢管屈服强度的提高,这种不利影响越趋明显.     

On nonlinear thermal buckling analysis of cylindrical shells

In this article, the nonlinear buckling behavior of imperfect cylinders made of isotropic, composite and functionally graded materials is studied. A continuum-based semi-analytical finite element formulation is introduced to study the nonlinear behavior of cylinders under thermal loads. A method is proposed to implement the initial geometric imperfection of the cylinder by transformation of structure due to deformation gradients. The influences of geometrical parameters, different materials and imperfection factors are investigated on pre- and post-buckling paths. A comparison is made between the classical von Kármán-based and continuum-based approaches to ensure the validation of the results and to study the applicability of the von-Kármán approximation.     

高强度钢材轴心受压钢柱整体稳定性能的缺陷影响研究

为研究高强度钢材轴心受压构件的整体稳定受力性能,了解构件的几何初始缺陷和截面残余应力对其屈曲强度和失稳变形的影响,以及与普通强度钢材轴压杆相比高强度钢材柱的整体稳定性能对缺陷敏感性的变化,采用有限元方法进行数值模拟计算,通过变换几何初始缺陷系数、残余应力数值大小和钢材强度等参数,对计算结果进行对比分析。研究结果表明,随着钢材强度的提高,高强度钢材轴压杆的整体屈曲强度对初始缺陷的敏感性明显降低,特别是对残余应力分布的敏感性;此外,初始缺陷的影响还与构件的长细比有直接关系。研究工作进一步揭示了高强度钢材轴压柱整体稳定性能的特点和优势。     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

初始缺陷对薄壁方钢管混凝土轴压力学性能的影响分析

考虑初始缺陷的影响,采用通用有限元软件ABAQUS对薄壁方钢管混凝土轴心受压构件的力学性能进行分析,并将计算结果与试验结果进行比较,结果表示二者基本吻合。在此基础上,对不同参数条件下初始缺陷对薄壁方钢管混凝土轴心受压构件力学性能的影响进行分析。     

Finite element technique for design of stub columns

This paper presents a finite element analysis on the post-buckling behaviour of thin-walled cold-formed lipped channel and hat-section stub columns under axial compression. The specimens were modelled exactly as that used in the carefully controlled stub column tests conducted by Zaras and Rhodes. Numerical predictions on the load versus end-shortening characteristics and ultimate load capacity of the structures were obtained using a non-linear finite element analysis. The effect of the input parameters such as the degree of prescribed initial imperfection and the size of the element mesh, on the convergence of the solution is examined. The initial imperfection for post-buckling analysis is achieved by making use of the exact linear buckling wave form. Standard design procedures are developed for post-buckling analysis for thin-walled stub columns using finite element method. Results from the design procedure correlate well with experimental data and BS5950 predictions.     

节点刚度对鞍型网壳稳定性的影响

节点刚度是影响网壳稳定性的重要因素之一,为理解其影响规律,应用Ansys的M atrix27单元建立节点刚度单元模型,并考虑初始缺陷的影响,运用非线性有限元全过程分析方法,研究了节点刚度变化对不同缺陷双曲抛物面鞍型网壳稳定性的影响。结果表明:刚度降低,网壳稳定承载力下降;缺陷增大,节点刚度的影响减弱,并给出了一些工程设计的建议。