方钢管再生混凝土柱滞回特性的试验研究

根据6根方钢管再生混凝土柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的试验结果,探讨了钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件滞回性能的影响。试验表明:各试件的滞回曲线形状大致相同,滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能。在试验研究基础上,分析了实测滞回曲线特征,对试验结果进行回归分析,建立了恢复力模型的三折线骨架曲线方程,确定了卸载刚度、强度退化规律和恢复力模型的滞回规则,建立了方钢管再生混凝土柱水平侧向力-位移恢复力模型,试件的计算滞回曲线和骨架曲线与试验实测曲线吻合良好。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点滞回性能有限元分析

为了研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的传力机理,基于ABAQUS有限元软件建立了非线性有限元模型。模型主要考虑材料和几何的非线性、混凝土在往复加卸载下的塑性损伤退化、钢筋和混凝土的粘结滑移。和试验结果对比表明:研究所采用的有限元模型对于梁端力-位移滞回曲线关系、节点刚度和梁极限抗弯承载力的模拟与试验结果吻合良好,验证了该有限元模型可以用于该类节点的抗震性能分析。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

火灾后方中空钢管混凝土柱滞回性能有限元分析

为研究火灾后方中空夹层钢管混凝土柱的滞回性能,采用合理的本构关系,建立有限元模型,分析参数有受火时间、轴压比、混凝土强度、空心率,并与相应试验结果进行比较,承载能力、滞回曲线以及破坏模态吻合较好。同时对火灾后方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能进行机理分析,结果表明：混凝土强度对滞回曲线影响不明显,分析滞回骨架曲线得知承载力随着构件受火时间增加、轴压比的增大,空心率减小而减小。随着受火时间的增加,空心率的增大,构件的滞回耗能能力更好。     

FRP-混凝土-钢管组合柱滞回性能数值分析

在确定各材料应力-应变关系的基础上,采用纤维模型法对FRP-混凝土-钢管组合柱在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟,建立了FRP-混凝土-钢管组合柱滞回模型。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。     

斜拉肋加劲薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能研究

在方钢管两临边焊接斜拉肋可显著提高薄壁方钢管的局部屈曲承载力,有效改善薄壁方钢管混凝土(CFST)柱的力学性能。为研究斜拉肋加劲薄壁方CFST柱的滞回性能,完成4个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为斜拉肋上是否开孔、轴压比、钢管宽厚比。试验结果表明:试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管与斜拉肋之间纵向焊缝断裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;试件破坏时位移延性系数均大于3.3,极限层间位移角均大于1/30;斜拉肋上开孔对试件的性能影响不明显,减小钢管宽厚比或者增加轴压比使试件耗能增大,但变形能力下降。应变分析结果表明:斜拉肋加劲方钢能对混凝土提供较均匀约束,并且斜拉肋与钢管之间能协同工作。基于ABAQUS软件建立的精细有限元模型能较准确地预测钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的承载力及变形能力。参数分析表明:混凝土强度和轴压比明显影响试件的变形能力,进而建议混凝土强度与轴压比限值的关系。提出考虑斜拉肋和钢管约束之后的塑性应力分布方法计算N-M曲线,与试验结果和有限元分析结果吻合良好。     

方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能研究

以轴压比和空心率为主要参数,进行了12个方中空夹层钢管混凝土试件和4个方实心钢管混凝土试件滞回性能的试验研究。试验表明:方中空夹层钢管混凝土和方实心钢管混凝土荷载-位移滞回曲线饱满,其延性明显优于空钢管试件;轴压比越大的试件,初始刚度越大,但刚度后期退化越快。比较了国内外较典型的几种设计规范(程)对试件抗弯刚度的计算,结果表明,AISC-LRFD(1999)、EC4(1994)、BS5400(1979)、DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的初始抗弯刚度较吻合,DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的使用阶段抗弯刚度最接近。在确定了钢材和混凝土的本构关系的基础上,采用数值方法对荷载-位移滞回曲线进行了计算,理论计算结果与试验结果较吻合。最后分析了轴压比、空心率、长细比、名义含钢率、材料强度等参数对荷载-位移骨架曲线的影响。     

矩形钢管腹板开孔耗能支撑滞回性能分析

中心支撑横向刚度大,但在发生地震时容易失去稳定性。为避免支撑失稳,提出了矩形钢管腹板开孔耗能支撑。矩形钢管腹板开孔耗能支撑是由开孔腹板和矩形传力方钢通过焊接连接组成的新型开孔腹板耗能支撑。采用ABAQUS有限元软件分析了各设计参数对其滞回性能、刚度、承载力的影响,为工程实践提出有效的建议。结果表明:该支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。开孔腹板的厚度、开孔长度以及开孔宽度等参数,矩形钢管腹板开孔耗能支撑主要依靠耗能短柱发生塑性变形耗散能量。开孔腹板的厚度影响对构件承载力有一定影响;开孔长度对构件滞回性能影响较小;耗能短柱的长度对构件整体的滞回性能、承载能力起到决定性因素。     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。     

方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线建模与分析

针对钢管混凝土柱-钢梁节点的梁端荷载-位移滞回曲线多采用试验数值分析方法,缺乏理论建模分析的不足,提出一种方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线的建模与分析方法。该方法分析钢筋混凝土梁柱节点梁端位移的建模方法,提出节点构件梁端荷载-位移的计算模型,并采用T-L双线性模型建立节点构件的弯矩-曲率恢复力的计算模型,同时,提出钢梁节点荷载-位移滞回曲线分析流程。以典型的方钢管混凝土柱-工字型钢梁缀板连接节点为例,采用提出的节点荷载-位移计算模型计算节点荷载-位移滞回曲线,并采用ANSYS建立其三维有限元数值分析模型,对节点构件滞回性能进行非线性有限元数值仿真模拟。理论计算、仿真模拟和静态试验对比分析的结果表明:采用提出模型计算的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线与仿真模拟及试验数据结果的吻合度高,能够反映出节点受力的基本特性。     

反复荷载作用下方钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

本文首先选择合适的本构模型作为约束混凝土循环本构模型的骨架曲线,提出了考虑局部屈曲和开裂的钢材循环本构关系;进而建立两类方钢管混凝土柱与钢梁连接节点———缀板焊接连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点的空间非线性分析模型,对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析计算。结果表明:由有限元模型所得的单调荷载-位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由有限元模型所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的相一致。有限元模型能准确地预测上述两类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。     

钢管混凝土有限元分析进展

简要总结了近年来国内学者采用有限元法研究钢管混凝土力学性能的部分成果,并指出随着高强度、高性能材料的逐步应用,对钢管混凝土结构力学性能的研究将继续深入,而有限元法作为分析该结构的有效工具将得到更广泛的使用。     

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.     

钢管混凝土框架模型地震反应有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS 8.1进行有限元数值模拟,编制APDL参数化语言设计程序,输入El-Centro地震波和天津地震波（N—S）,对8层钢管混凝土柱-H钢梁框架结构进行了地震反应数值分析。将两种地震波作用下结构加速度和位移反应结果与试验结果进行对比,二者符合较好。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,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试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱有限元分析

利用ANSYS-DYNA进行了钢管混凝土短柱抗冲击性能有限元分析研究,通过分析应力、应变时程曲线,获得对其抗动力冲击性能的了解。构件受力时,外围钢管的应力远远大于内部混凝土的应力;试件应力、应变时程曲线表现出典型弹塑性材料的性质,数值增加到最大值后递减,最终形成残余应力、应变。结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

螺旋筋增强方钢管混凝土柱的轴压性能及参数分析

为研究螺旋筋增强方钢管混凝土(SRCFSST)柱的轴压性能,以螺旋筋间距、螺旋筋直径、螺旋圈与方钢管的径宽比、方钢管壁厚、混凝土强度等级、纵筋为变化参数,对23个短柱试件进行了轴心受压破坏试验。基于试验实测数据,就各变化参数对SRCFSST轴压性能的影响规律进行了深入的参数分析,其中在延性分析部分引入了基于耗能的延性系数。研究结果表明：SRCFSST试件的表观破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;当螺旋筋配筋率≥1.5%时,荷载位移曲线由下降型转化为强化型,并出现四个关键特征点,破坏前预兆明显;在增加相同用钢量的条件下,增加螺旋筋的含钢量时承载力、峰值应变及延性均大幅提高,而增加方钢管和纵筋的含钢量时仅承载力有小幅提高,峰值应变、延性均无明显变化;基于参数分析的结果,对采用SRCFSST的轴压构件的最优配钢方式提出了设计建议。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

Analysis on local thermal critical buckling of square concrete filled steel short tubular under axial compression

基于薄板小挠度理论,采用能量法对方钢管混凝土中钢板局部热屈曲性能进行了理论分析。推导了热力耦合作用下钢管混凝土中钢板的临界屈曲系数,并给出了相应的钢板临界屈曲温度计算公式;推导了钢管混凝土外包钢板在热力耦合作用下外荷载、热荷载与常温临界屈曲荷载的关系。结果表明：钢管的弹性模量对临界屈曲温度没有影响;宽厚比对临界屈曲系数及临界屈曲温度有较大影响,并建议了宽厚比限值;通过热屈曲临界系数求得构件屈曲时长宽比的最小值,可用于钢板热屈曲设计。