圆钢管空间滞回试验及材料本构模型

在多种方案对比的基础上,设计圆钢管空间滞回试验,该试验中的加载装置适用于空间三向加载;试验考虑了构件不同长细比、不同空间加载方案的情况,据此设计加载、监测及数据采集系统;通过试验得到不同长细比、不同加载方案下的圆钢管荷载位移滞回曲线,考察这些试验数据随参数变化的规律;编制基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,对试验进行数值模拟,确定各圆钢管试件材料本构方程中的参数,并通过最小二乘拟合方法,获得圆钢管考虑损伤累积的本构方程。通过所编制的接口程序进行理论与试验对比分析表明,数值计算曲线与试验曲线吻合良好,证明该本构方程是准确的,所编制的程序也可用于深入的理论研究工作。     

圆钢管混凝土柱滞回性能研究

利用有限元软件ANSYS建模,对圆钢管混凝土在循环荷载作用下全过程进行了非线性有限元计算,以模拟地震作用对圆钢管混凝土实际受力性能。试验表明：圆钢管混凝土充分利用了钢管与混凝土两种材料的力学优势,是一种优良的结构体系。     

T型圆钢管相贯节点滞回性能研究

以拟静力试验为基础,分别对3个T型圆钢管相贯节点进行低周反复试验,主要研究T型圆钢管相贯节点平面内加载作用下的滞回性能、破坏模式、延性系数以及平面内弯曲刚度问题。通过观察3个试件的屈服和破坏现象,可知3个试件的破坏模式几乎相同,均为支管相贯线区域焊接热影响区的撕裂破坏,试验结果表明:试件破坏的位置在支管处,焊接应力对节点的承载力有一定的影响。同时绘制滞回曲线,对节点的滞回性能进行分析和比较,分析节点相贯线附近的复杂应力情况,得出该处应力分布很不均匀:关于试件平面近似呈对称分布。随后求出了试件的节点转角的延性系数:无论是正向还是反向,3个试件的转角延性系数是依次增大的,这与主管的几何尺寸增大呈相同趋势。     

圆钢管相贯节点滞回性能有限元分析

文中以文献中实验为基础,采用有限元软件ANSYS建立KK型相贯节点模型,并根据实验结果校对了有限元模型。为了真实反映节点在桁架中的实际状况,将节点置于桁架模型中进行加载计算。并对7个不同几何参数的节点试件进行计算分析,得到了相应节点滞回特性曲线。节点在加载过程中塑性开展的特点与实验基本一致。分析结果表明,文中采用的有限元模型能够较好反映节点滞回性能的实际状况,圆管KK型相贯节点具有较好滞回性能,评价了节点的几何参数对滞回性能存在的影响,为实际工程的相贯节点设计提供了参考依据。     

圆钢管RPC的材料本构关系的探讨

基于试验研究与有限元分析,并参考超高强混凝土的本构关系,对RPC单轴应力-应变关系的下降段进行了假设,将模拟分析与试验结果进行了对比,验证了RPC单轴应力应变关系的可靠性.     

环口板加固T型圆钢管滞回性能的有限元模拟

为了进一步研究环口板加固对钢管滞回性能的影响,采用ABAQUS有限元模拟进行建模,采用单元实体C3D8I进行建模分析后,发现其模拟的变形与试验变形十分相似,模拟的滞回曲线与试验曲线也较为吻合。这为后面的参数分析奠定了基础。     

N型圆钢管相贯节点滞回性能的试验研究

设计了专用的加载装置,对4种不同形式的N型圆钢管相贯节点进行了往复加载的试验研究,得到了节点的滞回曲线。观察节点的破坏现象,得出往复荷载作用下相贯节点在不同加强形式下破坏特征一致的结论。分析比较各节点的延性、耗能能力和强度等力学性能,揭示了垫板加强和弦杆内填混凝土等加强措施在一定程度上降低了节点的滞回性能和延性,但有效提高了节点的极限承载力。得到了各节点的承载效率、节点延性系数,并对其进行量化比较和评价,发现弦杆内填混凝土N型加强节点承载效率最高,其延性系数也较大;N型直接焊接节点承载效率最低,其延性系数最大。这些结论对于N型圆钢管相贯节点的优化设计具有一定的参考价值。     

砂岩单轴压缩本构数值模拟影响因素研究

基于虚内键模型,提出虚内键密度演化函数,将虚内键思想引入到砂岩单轴压缩本构研究中;并选用Weibull分布赋予岩石内部细观单元非均质性,研究了模型特征参数c₁、c₂、模型单元数量以及非均质系数m对模拟结果的影响。研究表明:c₁、c₂不会改变岩石模型的弹性模量,c₁越小应力-应变曲线越“高大”,c₂越大应力峰值越大,且峰后曲线更加陡峭;单元数量越多,模型破坏特征与试验值越接近;非均质系数m越大,模型弹性模量越大,且应力峰值越大。通过对影响因素的合理控制,虚内键模型可以很好地模拟砂岩单轴压缩应力-应变过程。     

材料单轴滞回准则对组合构件非线性分析的影响

材料单轴滞回准则的选择是采用纤维模型进行组合构件非线性分析的关键问题之一。首先给出了混凝土、钢筋和钢材的精细滞回准则和简单滞回准则,以及精细滞回准则的程序实现流程,其中混凝土材料的精细滞回准则通过对已有模型的改进可准确考虑任意可能复杂加卸载路径下各类混凝土材料的强度退化和刚度退化特征。通过对组合梁和钢管混凝土柱的抗震性能试验进行模拟,验证了精细滞回准则的模拟精度。研究了材料单轴滞回准则对组合构件整体滞回性能模拟结果的影响。分析结果表明：钢材滞回准则是影响组合构件抗震性能模拟精度的关键因素,应考虑钢材的包辛格效应,而混凝土材料的滞回准则对非线性分析结果的影响很小,采用简单滞回准则即可取得较好的模拟精度。     

圆钢管相贯节点滞回特性的实验研究

对两种几何特征的圆钢管空间相贯节点进行了静力单调和反复加载的实验研究,以作为进一步研究钢管桁架抗震性能的基础。设计了专用的加载装置以对试件中的杆件和节点施加较大内力。通过对4个试件的实验,得到了节点滞回特性曲线。研究揭示了这类节点塑性变形沿首次塑性开展方向累积的特点,并指出单调加载曲线可以基本包覆滞回曲线。实验表明,采用相贯节点的钢管结构,其滞回特性取决于节点的滞回行为。对给定节点在反复加载下的变形能力和耗能能力进行了量化评价。     

三向荷载作用下圆钢管材料本构模型研究

空间网格结构在地震作用下,材料塑性发展严重,材料损伤将对结构的性能产生重要影响。为得到能够精确反应空间网格结构在复杂荷载作用下材料损伤累积的本构模型,设计空间结构常用圆钢管进行三向加载试验,通过不同的加载方案考察试件的空间滞回特性;编制考虑损伤和裂纹效应的ABAQUS用户子程序对试验进行数值模拟,利用试验曲线与数值曲线...     

圆钢管相贯节点静力单调与滞回性能研究进展综述

钢管结构在大跨公共建筑和中高层建筑中应用广泛,相贯节点和圆钢管分别是钢管结构中常见的节点形式和构件截面形式之一。对国内外有关圆钢管相贯节点静力承载性能、非刚性性能和滞回性能方面的主要研究成果进行总结,在此基础上,提出对圆钢管相贯节点静力单调和滞回性能进一步展开研究的若干看法。     

用于ABAQUS梁单元的混凝土单轴本构模型

为准确模拟钢筋混凝土梁柱构件的滞回性能,对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）附录C混凝土本构模型进行了补充修正。采用原点指向模型与拉区应力 应变曲线随受压残余应变点迁移法,补充完善了混凝土受拉加卸载、拉压受力状态转换的滞回规则;采用基于体积配箍率建立的约束指标λ_t分析了钢筋混凝土梁柱构件中箍筋对混凝土的约束作用;对《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）混凝土本构模型中的附加应变算法进行了修正,使得受压混凝土卸载/再加载变形模量能够反映循环加载下混凝土的受压损伤不可恢复特性。利用ABAQUS用户子程序接口UMAT,VUMAT进行二次开发,编写了适用于显、隐式动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序,并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析。结果表明:模型的数值模拟结果与拟静力试验结果吻合良好;构建的混凝土本构模型能够用于混凝土梁柱构件在复杂受力状态下的非线性性能分析。     

玄武岩纤维树脂混凝土单轴抗压本构模型

为探讨玄武岩纤维树脂混凝土材料在机械结构中应用的理论依据,首先对前期研究制备的最佳组分配合比的玄武岩纤维树脂混凝土进行了单轴抗压试验,获得了玄武岩纤维树脂混凝土的准静态应力-应变曲线。然后,应用损伤力学理论并结合试验数据建立了玄武岩纤维树脂混凝土的单轴抗压本构模型。最后将试验获得的应力-应变曲线与模型曲线进行比较。结果表明,两曲线吻合良好,证明所建立的本构模型可以较好地描述玄武岩纤维树脂混凝土的单轴抗压的力学行为,可为玄武岩纤维树脂混凝土材料的结构设计分析和工程应用提供理论依据。     

轴力对巨型钢柱滞回性能的影响分析

通过双重非线性有限元程序ANSYS5.7,分析了不同轴压比对人字形支撑和X形支撑的两种巨型钢柱滞回性能的影响规律。并针对地震作用下实际结构中巨型柱可能出现的受力状态,讨论了轴力和水平剪力同时增加或减小时巨型钢柱的滞回特性。     

角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压性能数值研究

采用有限元分析软件ABAQUS对18个角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的轴压性能进行了数值模拟研究。将角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱和圆钢管约束型钢混凝土柱的轴压性能进行对比分析,进而研究了钢管径厚比、钢骨含钢率、缀板间距等因素对试件最大荷载和延性的影响。结果表明:角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱具有良好的受压性能;角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的最大荷载和延性随着钢管径厚比和缀板间距的减小以及钢骨含钢率的增加而增大,且延性增加的幅度随之逐渐减小;钢骨含钢率处于3.87%～7.18%时,试件有较高的最大荷载和延性;缀板间距可依据普通格构式柱的设计要求取值。提出了角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压承载力建议计算公式,计算结果偏于安全保守,可用于工程设计参考。     

基于材料性能退化的非对称截面单阶钢柱滞回性能研究

考虑局部锈蚀区域截面损失和材料性能退化,借助ABAQUS对非对称截面单阶柱进行低周反复性能非线性分析,得到常轴力、反复水平荷载作用下,不同锈蚀部位、不同锈蚀深度单阶柱的滞回性能变化规律。结果表明,锈蚀深度D变化的影响为:腹板D4 mm,翼缘和腹板同时锈蚀D2 mm时,锈蚀越深,材性退化越明显,阶形柱水平极限承载力、抗侧刚度、滞回耗能和延性等降低较大;翼缘D≤5 mm、腹板D≤4 mm、翼缘和腹板同时锈蚀D≤2 mm时,随着D的增加,滞回性能各指标均有所降低,但变化幅度不明显,对阶形柱恢复力特性影响小;因阶形柱下柱两分肢截面不对称、偏心荷载及荷载-位移(P-Δ)效应,使构件在反向加载时延性劣化突出。     

圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管混凝土柱的受力性能,以长细比、含钢率为变化参数,经过对5组10个圆钢管混凝土短柱及中长柱的试验研究,试验结果表明:钢管混凝土短柱构件的破坏模式为材料强度破坏,所有试件荷载-轴向位移曲线的变化趋势基本类似,钢管混凝土轴压试件的极限承载力随长细比的增大而降低;在长细比20以后,钢管混凝土破坏形态由材料破坏转为弹塑性失稳破坏,长细比56的中长柱试件发生明显的失稳破坏;钢管混凝土柱的极限承载力随含钢率增大而增大,但在不同长细比下影响幅度不同。     

连接方式对内配格构式角钢圆钢管混凝土构件轴拉性能的影响

通过对9个内配格构式角钢圆钢管混凝土构件进行轴拉试验,研究了外钢管以及内部角钢的连接方式对构件的轴拉力学性能的影响,对比分析了外钢管及内部角钢均通直的构件与外钢管法兰连接构件、内部角钢螺栓连接构件、外钢管法兰连接且内部角钢螺栓连接构件的轴拉力学性能的区别。分析了构件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及轴拉承载力等试验数据,通过观察破坏后的构件的混凝土的裂缝分布形态,研究了外钢管以及内部角钢的连接方式对构件的轴拉力学性能的影响。结果表明:外钢管和内部角钢连接方式对构件的轴拉性能以及轴拉承载力基本没有影响,但是对构件的初始阶段的刚度有影响;法兰的存在会削弱连接区域内的钢管与混凝土之间的摩擦力,并导致连接区域内的混凝土裂缝间距偏大;在外钢管的端部加焊加劲肋对构件的内部角钢骨架的承载力的发挥具有明显的提高作用;基于文献[15]给出的设计公式可以准确且偏于安全的预测该类型构件的轴拉承载力。     

钢纤维对混凝土单轴受压损伤本构模型的影响

基于Weibull统计分布理论和等效应变假设,推导出纤维混凝土(SFRC)受压损伤本构模型.为更好地描述钢纤维对混凝土受压损伤的影响,模型中引入考虑纤维体积分数与纤维几何特征的纤维因子.结合纤维混凝土单轴受压试验数据,对模型中的参数进行修正,并将修正后的理论曲线与试验曲线进行比较.为验证模型的有效性,分别选取压应变为1.5εpk,2.0εpk处的压应力试验值与预测值进行对比.结果表明:理论曲线与试验曲线吻合较好,该模型在压应变为0~1.5εpk时可有效地描述单轴受压状态下纤维混凝土的损伤扩展过程以及纤维对峰值应力后的混凝土受压性能的改善作用.