T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯承载力的神经网络方法研究

对T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能进行了有限元分析和试验研究,通过对所得结果进行对比分析,验证了有限元程序的可行性。此外,通过神经网络学习及承载力结果对比,验证了神经网络的可行性和精确性。并采用神经网络对T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯承载力影响因素进行了参数化分析。结果表明,承载力随着钢材强度、混凝土强度、钢管尺寸的增大而增大。     

基于神经网络的十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力研究

采用有限元法对方钢管混凝土组合异形柱轴压性能进行模拟分析,通过有限元模型的破坏形式和轴压承载力与试验结果对比,验证了有限元程序的可行性。基于有限元分析结果,训练神经网络,通过承载力的对比,二者误差较小,验证了神经网络的可行性和精确性。利用神经网络对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力影响因素进行参数化分析,结果表明承载力随着钢材强度、混凝土强度、钢管高度、钢管尺寸和钢管厚度的增大而增大。     

L形无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱压弯性能简化模拟研究

对2根偏心距不同的L形无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱进行压弯简化模拟研究,并对简化模型及实体模型进行了破坏模态、竖向承载力、侧向位移3方面的对比,结果表明:简化模型基本能够合理有效地模拟L形无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱的压弯性能;在简化模型的基础上,对异形柱的压弯性能进行了参数化分析,分析发现提高钢材强度能有效改善柱承载力,提高混凝土强度、连接板厚度对柱承载力及延性没有明显影响,柱承载力会随着偏心距的增加而不断下降,且下降程度不断减小。     

哑铃形钢管混凝土压弯相关曲线分析

为研究哑铃形钢管混凝土压弯力学性能,基于4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土构件的压弯试验,开展了有限元研究和参数分析。应用有限元软件ABAQUS建立了哑铃形和圆形钢管混凝土有限元模型,分析了两种截面钢管混凝土压弯构件破坏形态,验证了模型的正确性。通过对模型进行参数分析,探究混凝土强度、钢管强度、轴压比和长细比等参数对两种截面形式钢管混凝土压弯承载力和压弯相关曲线的影响规律。结果表明：两种截面形式构件的压弯承载力均随着轴压比的增大呈现先增大后减小的趋势,圆形截面和哑铃形截面构件的临界轴压比分别为0.2和0.4;混凝土与钢材强度等级的提升会使构件压弯承载力增大;而长细比的增大,则会降低构件的压弯承载力。在参数分析的基础上,推导出适合哑铃形钢管混凝土的压弯承载力建议公式,并验证了公式的准确性。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能研究及优化

对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱在单向压弯状态下进行试验研究和有限元分析,并在此基础上对构件连接板进行优化。结果表明,十字形截面方钢管混凝土组合异形柱整体压弯性能良好、承载力高以及截面延性较大;有限元软件ANSYS分析得出结果与试验结果吻合良好,验证了ANSYS建模计算的准确性;根据试验和有限元对比分析结果,对连接钢板进行拓扑优化,探究其在结构中的合理形式。     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯构件抗震性能研究

对2个圆钢管混凝土悬臂长柱压弯试件和1个钢管柱对比试件进行了低周反复加载试验,研究了轴压力和钢管内填混凝土对试件抗震性能的影响,得到了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等抗震性能指标,分析了试件的破坏形态、刚度退化以及耗能能力。结果表明:各试件的破坏形态为底部管壁鼓曲,底部一定范围内混凝土出现裂缝;与钢管柱压弯试件相比,钢管混凝土柱压弯试件的屈服承载力和刚度均增大,具有更好的抗震性能;随着轴压力的增大,钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载和刚度均有所减小,抗震性能降低。基于试验数据,采用有限元软件ABAQUS进行分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,利用该数值方法对圆钢管混凝土悬臂长柱进行参数分析,分析结果表明,轴压比和含钢率对圆钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载、水平荷载、耗能能力以及刚度退化均有明显的影响,而混凝土强度等级和钢材强度对其影响较小。     

L形方钢管混凝土组合异形柱单向压弯稳定性研究

在对构件单向压弯受力特点分析的基础上,设计了L形方钢管混凝土组合异形柱单向压弯试件。通过压弯试验,得到了构件的破坏形式、荷载-竖向位移曲线、单肢挠度曲线和荷载-应变曲线。通过对我国现行的四本规程中的压弯稳定计算公式的计算结果进行比较发现,在计算开孔连接板连接的L形方钢管混凝土组合异形柱的压弯承载力时,作为缀件的连接板对构件压弯承载力的贡献不应被忽略,应采用整体式计算模型进行计算。CECS159∶2004规程和GJB 4142—2000规程的计算结果与试验结果吻合良好。     

L形方钢管再生混凝土组合异形柱轴压力学性能研究

为研究L形方钢管再生混凝土组合异形柱的轴压力学性能，在试验基础上，对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了数值模拟，通过与试验结果对比，验证了模拟结果的准确性。分析表明，当再生粗骨料取代率超过40%时，异形柱的弹塑性阶段不明显，有直接进入塑性阶段的趋势。考虑钢材强度、钢材厚度、方钢管宽度和连接板宽度等因素，对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了参数化分析。参数化分析结果表明：随着钢管内再生混凝土粗骨料取代率的提高，异形柱的峰值承载力减小，刚度降低，延性降低；相同粗骨料取代率下，随着钢材强度提高、钢材厚度的提高和方钢管宽度的增加，异形柱的峰值承载力逐渐增大；而连接板宽度对试件的峰值承载力影响不大。     

考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土压弯剪力学性能分析与实用设计方法

完成了12根带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯剪复合作用下的滞回试验,考察了脱空缺陷对试件破坏模态、滞回曲线、极限承载力、耗能和延性的影响。建立了带脱空缺陷的钢管混凝土压弯剪试件的有限元分析模型,采用试验数据验证了有限元模型的可靠性。利用有限元模型分析了带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯剪复杂受力作用下的工作机理,揭示了缺陷对钢管与混凝土之间相互作用的影响规律,并系统分析了含钢率、钢材屈服强度、剪跨比、轴压比和混凝土强度等参数对带缺陷试件抗剪承载力的影响规律。在参数分析的基础上,提出了用于区分试件剪切破坏和弯曲破坏的界限剪跨比,回归了考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土压弯剪承载力实用计算公式,可为相关规范的制定或修订提供依据。     

实腹式配钢L形截面异形柱轴心受压承载力分析

为研究实腹式配钢L形截面异形柱的型钢强度、混凝土强度、型钢翼缘厚度、型钢腹板厚度、柱高、栓钉及箍筋间距等关键参数对异形柱承载能力和破坏形式的影响,共设计5组对比构件进行轴心受压有限元模拟分析。获得异形柱破坏模式、荷载-位移曲线、各组成部分应力分布等,分析异形柱轴心受压性能。结果表明实腹式配钢L形截面异形柱构件构造合理;随着型钢强度、配钢率和混凝土强度的增大,承载力逐渐上升;当柱高范围为3～5 m时,柱高对异形柱极限承载力影响不大;栓钉间距和箍筋间距对于承载能力影响可以忽略。     

T形方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力研究

通过理论计算和有限元模拟对T形方钢管混凝土组合异形柱的偏心受压承载力计算方法进行研究。设计9根不同长细比偏心力作用的T形组合柱,借鉴《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159：2004）》压弯构件的计算方法,对设计构件进行理论计算,并应用ANSYS有限元软件对设计构件进行偏压承载力计算。分析结果表明：T形组合柱在偏心受压破坏时,为整体弯曲破坏;理论计算与有限元分析计算结果吻合较好;验证了采用理论计算方法计算方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力的可行性。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明:内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

扁矩形钢管混凝土中长柱有限元分析

基于abaqus建立大量扁矩形(截面高宽比不小于2)钢管混凝土柱的有限元模型,得到荷载位移曲线和试验难以获得的应力应变云图,研究宽厚比、钢材强度、长细比、偏心率对其压弯性能的影响。结果表明扁矩形钢管混凝土中长柱的破坏模式为整体失稳破坏,伴随着钢管的局部屈曲。其压弯承载力分别与钢管厚度与长细比近似呈线性关系,随着长细比的增大而减小,随着钢管厚度的增大而增加。     

异形钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立等截面周长的三角形、扇形、D形、1/4圆形、1/2圆形5种异形截面钢管混凝土短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,对比圆形截面进行6组试验,有限元计算与试验所得的荷载-应变全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上,对荷载-应变关系全过程中钢管与混凝土的相互作用进行分析,最后对截面形式、钢管壁厚(t)、钢管屈服强度(fy)、混凝土抗压强度(fcu)等几种影响异形钢管混凝土短柱承载力和变形的因素进行比较。结果表明:异形钢管混凝土短柱在1/2柱高处发生向外鼓曲破坏,截面形式、钢管壁厚、混凝土抗压强度等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

钢骨—圆钢管高强混凝土组合柱纯扭力学性能研究

为研究钢骨-钢管高强混凝土组合柱纯扭力学性能,采用ABAQUS有限元软件建立组合柱纯扭非线性有限元分析模型。分析了组合柱受力全过程、不同受力阶段的应力分布规律及最终破坏模态,研究了混凝土强度、配骨指标、钢材强度对组合柱抗扭力学性能的影响,基于强度叠加理论,提出了组合柱抗扭承载力简化计算公式,并且利用Matlab软件编写了组合柱抗扭简化承载力计算公式。结果表明,随着混凝土强度、配骨指标、钢材强度的提高,组合柱的极限抗扭承载力不断提高,其中,钢材强度影响最明显,混凝土强度次之,有限元计算所得组合柱抗扭承载力与组合柱抗扭承载力简化计算公式吻合良好。     

多室式钢管混凝土T形柱压弯性能分析

对几种新型多室式钢管混凝土T形柱形式,通过有限元方法研究其典型压弯受力性能,考虑多室式布置方式、轴压比、混凝土强度等因素的影响。有限元分析结果与试验结果基本符合,其中将腹板钢材延伸到翼缘内,并在最为薄弱的腹板尖端加厚钢板的多室式布置最为合理。研究发现,随轴压比增大,曲线延性下降,构件正向和负向承载力差距变大。混凝土强度下降时,承载力有小幅下降,构件的延性位移有所增加。     

火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力非线性分析

为了研究火灾后型钢混凝土异形柱的正截面承载力,在9根十字形、8根T形、9根等肢L形(简称DL形)和9根不等肢L形(简称BL形)型钢混凝土柱试验研究的基础上,编制了MATLAB非线性程序,通过对比表明运算结果与试验结果基本吻合。利用程序分析了弯矩作用方向角、含钢率、混凝土强度等级和偏心距对火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力的影响。试验结果表明:火灾后型钢混凝土异形柱破坏形式分为受拉破坏、受压破坏、轴心受压破坏和界限破坏;截面应变分布也基本符合平截面假定;在偏心距一定的情况下,0°加载角的承载力高于45°加载角的承载力。在其它因素一定的条件下,构件的极限承载力随含钢率的增大而增大,与混凝土强度等级呈正比,随偏心距的增大而减小。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

压弯扭复合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的承载力及弯扭相关关系研究

以4个钢管约束钢筋混凝土柱(STRC)在弯扭和压弯扭复合荷载作用下的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢管约束钢筋混凝土柱的有限元模型,分别模拟试件在弯扭以及压弯扭复合荷载作用下的破坏模式和承载能力,与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。通过有限元模型参数化分析,研究钢管强度、钢管厚度、截面尺寸、混凝土强度、纵筋直径与屈服强度、箍筋直径与屈服强度以及轴力等因素对复合荷载作用下承载力的影响。研究结果表明,钢管厚度、截面尺寸、纵筋的直径与屈服强度以及轴压力是影响复合荷载作用下承载力的主要因素。当圆形截面STRC柱的轴压力达到0.3N_u(N_u为柱轴压承载力)或方形截面STRC柱的轴压力达到0.5N_u时,柱的承载力达到最大。在不同因素的影响下,相同荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的受弯承载力和受扭承载力之间的相关关系基本一致。