一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙轴压性能试验研究及有限元分析

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明:多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

Experimental and FEA on axial behavior of rectangular multi-partition short-legged composite shear walls

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明：多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

短肢PEC组合剪力墙的数值模型及公式拟合

PEC组合剪力墙是一种新型装配式剪力墙,具有承载力高、延性好、构造简单等优点。首先,基于纤维模型、部分约束混凝土及钢材的精确本构关系,研究了短肢PEC组合剪力墙弯曲变形及剪切变形的计算方法,在此基础上编制了短肢PEC组合剪力墙荷载-位移曲线的数值计算程序,并通过与已有试验及有限元分析结果的对比验证了该程序的准确性。然后,基于该程序对6480个不同截面参数的剪力墙进行了数值计算,分析了轴压比、剪跨比、含钢率、材料强度等关键参数对PEC组合剪力墙等效抗弯刚度和极限位移角的影响,拟合了短肢PEC组合剪力墙等效抗弯刚度及极限位移角的计算公式。对拟合公式的统计分析表明,等效抗弯刚度和极限位移角的计算公式满足精度要求,可用于指导短肢PEC组合剪力墙的设计。最后,基于规范对剪力墙结构弹塑性位移角限值的规定,提出了短肢PEC组合剪力墙轴压比限值的计算公式。     

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。     

双钢板-混凝土组合剪力墙压弯承载力数值模型及简化计算公式

基于双钢板-混凝土组合剪力墙构件材料的单轴本构关系,研发了分析组合剪力墙压弯性能的弹塑性数值模型,对构件的弯矩-曲率曲线以及压弯相关关系曲线进行分析,并对压弯承载力进行计算,该模型计算结果与有限元分析结果、试验结果吻合良好。基于该模型对组合剪力墙中部墙体承担弯矩比例进行统计,结果表明,组合剪力墙中部墙体在受弯过程中承担比例较大,设计中不可忽略。对组合剪力墙压弯承载力进行数值计算和参数分析,研究了极限状态下影响压弯承载力关键因素,并基于关键参数提出计算该类组合剪力墙极限状态压弯承载力的简化计算公式,将该简化公式计算结果与数值结果进行对比,并与文献中组合剪力墙试验进行对比验证,计算精度较高,该公式可用于双钢板-组合剪力墙压弯承载力设计。     

矩形钢管混凝土柱轴压性能研究

本文借助Abaqus有限元分析软件,考虑材料非线性和构件几何非线性等因素,设置钢与混凝土两种材料间的界面接触属性,建立矩形钢管混凝土短柱在轴心荷载作用下的非线性有限元计算模型,并将数值模拟结果与试验数据和现有规程计算结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;对比分析现有规程计算结果的精确度,并讨论现有矩形钢管混凝土柱的两种轴压力分配系数公式的可靠度,研究结果对矩形钢管混凝土柱在工程应用的设计阶段具有重要的参考意义。     

基于分层壳单元的钢管-双钢板混凝土组合剪力墙弹塑性有限元分析

钢管-双钢板混凝土组合剪力墙是将钢管混凝土剪力墙与钢板混凝土剪力墙结合的一种新型抗侧力构件。基于分层壳单元,采用有限元软件MSC Marc建立6片钢管混凝土剪力墙模型。通过钢筋应力与混凝土应变云图揭示钢管混凝土剪力墙在荷载作用下的微观受力状态;通过基底剪力-顶点位移曲线分析钢管混凝土剪力墙的承载力、延性及耗能能力。结果表明:钢管混凝土剪力墙有限元计算结果与试验结果吻合良好。在钢管混凝土剪力墙模型基础上,又建立3片钢管-双钢板混凝土组合剪力墙模型对其进行分析,结果表明:基于空间分层壳单元的有限元模型能够有效模拟钢管-双钢板混凝土组合剪力墙的非线性性能,在剪力墙结构地震下弹塑性分析方面具有一定参考意义。     

十二边形中空夹层钢管混凝土短柱的局部稳定研究

对于不同径厚比中空夹层钢管混凝土短柱构件进行了轴压试验,该试件由内外十二边形钢管之间浇筑混凝土而成。通过试验获得了试件的受压局部屈曲模式和承载能力,建立了有限元模型并通过与试验结果比较得到验证。通过有限元参数分析研究了外管宽厚比对内外钢管和混凝土的影响规律。分析了现有圆形中空夹层钢管混凝土构件设计公式对于十二边形构件的适用性,提出了修改后的设计公式,结果可为工程设计提供依据。     

考虑等效模量法的短肢剪力墙结构的地震反应分析

为研究短肢剪力墙结构在地震激励作用下的地震反应,以钢筋与混凝土协同作用计算出的整体结构的等效模量方法为依据,对某实际短肢剪力墙结构试验设计模型建有限元模型,采用通用有限元ANSYS软件进行反应谱分析与时程反应分析。研究结果表明:基于"等效模量法"的计算结果可靠、准确,可揭示结构的薄弱环节;设置阻尼器可有效减小地震反应;T型短肢剪力墙比L型短肢剪力墙的抗震性能强。     

Finite element analysis on eccentrically compressive behavior of T-shaped multi-partition steel-concrete composite shear walls with limited width

采用合适的约束混凝土本构关系曲线,建立了T形多腔钢-混凝土组合构件的ABAQUS有限元计算模型,将有限元分析结果与文献试验结果进行对比,二者吻合较好。在验证了有限元模型及选取核心混凝土本构关系曲线可靠性的基础上,利用该有限元模型对T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙的压弯受力全过程进行了分析。结果表明：在偏压荷载作用下,试件达到峰值荷载之前,多腔钢管已达到承载力,之后核心混凝土所承担的荷载仍继续增加,在试件达到峰值荷载后,核心混凝土达到承载力;与受拉区相比,受压区多腔钢管对核心混凝土的约束作用更为显著;受压区腔体角部核心混凝土强度提高幅度最大,内隔板附近次之,腔体中心处较小。     

T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙压弯工作机理有限元分析

采用合适的约束混凝土本构关系曲线,建立了T形多腔钢-混凝土组合构件的ABAQUS有限元计算模型,将有限元分析结果与文献试验结果进行对比,二者吻合较好。在验证了有限元模型及选取核心混凝土本构关系曲线可靠性的基础上,利用该有限元模型对T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙的压弯受力全过程进行了分析。结果表明:在偏压荷载作用下,试件达到峰值荷载之前,多腔钢管已达到承载力,之后核心混凝土所承担的荷载仍继续增加,在试件达到峰值荷载后,核心混凝土达到承载力;与受拉区相比,受压区多腔钢管对核心混凝土的约束作用更为显著;受压区腔体角部核心混凝土强度提高幅度最大,内隔板附近次之,腔体中心处较小。     

方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙受力性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对4个方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙进行数值分析,明确其受力性能和破坏形态,分析侧边加劲构件对结构刚度、承载力、延性及滞回性能的影响,提出侧边加劲构件截面设计方法。结果表明:方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙具有良好的受力性能和滞回性能;当侧边加劲构件与钢梁铰接时,侧边加劲构件能够显著提高方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙的极限承载力、初始刚度、延性和耗能能力;有限元计算结果与侧边加劲构件设计公式计算结果吻合较好,可供工程应用参考。     

Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能

本文以研究Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能为目的,通过开展6组短柱轴压试验并结合有限元软件ANSYS进行数值模拟分析,探讨核心混凝土强度对钢管自密实混凝土短柱轴压承载力、破坏模式、套箍效应等力学性能的影响规律。研究表明由于采用高强钢管,试件均呈现明显的腰鼓型失效模式;相比普通钢管混凝土柱,钢管自密实混凝土柱具有更好的承载能力,且其承载力与自密实混凝土强度成正比。基于现有规程并结合试验及有限元分析结果,修正了钢管混凝土组合强度公式,为钢管自密实混凝土构件设计提供参考。     

短肢剪力墙非线性有限元模型建立

结合ANSYS大型通用有限元程序中混凝土专用Solid 65单元,建立短肢剪力墙非线性有限元模型。将模型的计算结果与试验结果对比,结果基本相符。表明在准确建立有限元模型并合理选择各种材料组合方法的前提下,利用ANSYS可以对各种混凝土结构进行准确的模拟,从而可以减小试验工作量节省开支。     

薄壁方钢管混凝土轴压短柱有限元分析

依据合理简化的力学模型,利用大型有限元软件ABAQUS建立了精细化有限元模型,通过合理选取材料的本构模型,对薄壁方钢管高强混凝土短柱力学性能进行了有限元分析.研究了混凝土与钢管之间的摩擦对薄壁方钢管屈曲模态的影响,钢管与混凝土之间不同接触方式、不同的初始缺陷对薄壁方钢管高强混凝土短柱承载能力的影响,并将数值分析结果同文献提出的公式进行比较,证实了本文有限元模型的可行性.     

带暗支撑短肢剪力墙结构振动台试验研究

提出了钢筋混凝土带暗支撑短肢剪力墙结构体系。进行了1个1/6缩尺的带暗支撑短肢剪力墙结构模型与1个1/6缩尺的普通短肢剪力墙结构模型模拟地震振动台试验研究。通过试验,分析了两个模型在弹性、开裂、破坏各阶段的动力特性及动力反应,比较了两个结构模型的破坏形态。试验结果表明:在弹性阶段,两结构的动力特性及动力反应相近;在混凝土开裂后的弹塑性阶段,带暗支撑短肢剪力墙结构与普通短肢剪力墙结构相比,其抗震能力显著提高,层间位移及结构顶点位移峰值显著减小;带暗支撑短肢剪力墙结构墙肢底部塑性铰区域比普通短肢剪力墙结构塑性铰区域显著增大,抗震耗能能力显著提高。建立了结构弹性和弹塑性有限元时程分析力学模型,进行了结构的时程动力计算分析,计算结果与试验结果符合较好。     

高强方钢管高强混凝土短柱轴压性能

选取四种混凝土本构关系模型,应用有限元分析软件ABAQUS建立高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,再通过试验研究加以验证。结果表明:采用韩林海提出的约束混凝土本构关系模型的有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,研究了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对模型混凝土贡献比(CCR)及跨中截面钢管应力的影响。最后,提出了高强方钢管高强混凝土轴压短柱组合构件受力全过程应力-应变关系曲线表达式,计算结果与试验结果吻合较好,验证了公式的准确性。     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙整体稳定性分析

考虑几何初始缺陷和材料非线性,对带钢管混凝土端柱的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙进行有限元弹塑性整体稳定性分析,研究高度、宽度、厚度、钢板与钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等参数对墙体整体稳定性能的影响。通过有限元分析,得到极限稳定承载力、荷载-位移曲线和与组合剪力墙发生失稳时的应力云图。采用三项式和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的整体稳定系数公式进行分段拟合,拟合出整体稳定系数计算公式。最后提出轴压作用下的组合剪力墙的极限稳定承载力公式。结果表明：拟合公式计算的整体稳定系数略低于有限元模拟结果,说明本文提出的整体稳定系数计算公式较为安全合理。     

钢管自密实混凝土短柱的有限元分析

钢管自密实混凝土在工程结构中得到了广泛的应用.通过理论分析,建立了轴心受压钢管自密实混凝土短柱的承载力计算公式.并借助有限元分析软件ANSYS,考虑了钢管与混凝土两种材料本构关系的非线性,对轴心受压钢管自密实混凝土短柱进行了大量的非线性有限元分析,建立了钢管自密实混凝土短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型.通过数值模拟,对提出的轴心受压钢管自密实混凝土短柱的承载力计算公式得出的结果进行了验证,发现计算结果与有限元分析结果吻合良好.     

基于ANSYS的型钢混凝土T形短肢剪力墙的数值分析

利用ANSYS软件对型钢混凝土T形短肢剪力墙采用实体建模的方法进行了数值模拟分析,考虑了混凝土强度等级、墙肢截面高厚比、轴压比对型钢混凝土T形短肢剪力墙受力性能的影响,建立了三组共13个有限元模型试件,对结构在单调水平荷载作用下的延性和承载力进行了比较,得出的结论对型钢混凝土T形截面短肢剪力墙的理论研究和工程应用具有重要的参考价值。