带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆矩形钢管混凝土在轴压下的受力机理进行分析,在带约束拉杆方形钢管混凝土本构关系的基础上,针对矩形钢管截面长边、短边对混凝土约束作用大小不同及约束拉杆沿长边、短边布置数量不同等特点,应用基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,从而提出适合带约束拉杆矩形钢管混凝土柱数值计算的本构关系,并根据相关试验结果对本构关系的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系的全过程计算,并与试验结果比较,两者吻合良好。     

带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系

分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

介绍了11 个带约束拉杆和5 个不带约束拉杆的十形截面钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下试件的破坏与承载力特点。分析了带约束拉杆十形截面钢管混凝土的约束特点。在合理假定的基础上,将十形钢管混凝土截面划分成1 个无拉杆的方形和4 个有拉杆的矩形钢管混凝土区域,借鉴约束混凝土本构模型,建立了力学概念清晰的各区域核心混凝土等效单轴本构关系。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载-应变全过程分析,计算曲线和试验曲线吻合良好。     

五种本构模型在钢管混凝土有限元中的比较

采用Von Mises、Mohr Coulomb和Drucker Prager三种经典模型、以及两种适用于混凝土材料的Smeared Cracking模型和Damaged Plasticity模型,分别对带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力进行有限元分析,简述每种本构模型的特点,并与已有的47个钢管混凝土短柱轴压试验结果对比。结果表明与静水压力无关且忽略混凝土塑性体积膨胀的VonMises模型无法考虑钢管对混凝土的约束作用以及约束拉杆的作用,采用相关流动法则而低估了塑性体积膨胀的Smeared Cracking模型分析结果略低于试验结果,其他三种考虑静水压力并采用不相关流动法则的模型更符合试验结果,而且三者计算结果很接近。     

两种混凝土模型在钢管混凝土有限元中的应用

本文采用Smeared Cracking与Damaged Plasticity两种混凝土模型分别对带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力进行有限元分析,探讨每种混凝土模型的特点,并与已有的试验结果对比,结果表明两种模型都适用于带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土构件轴心受压承载力分析.采用相关流动法则而低估了混凝土膨胀角和钢管对核心混凝土约束作用的Smeared Cracking模型分析结果略低于试验结果,而采用不相关流动法则的Damaged Plasticity能较好地符合试验结果.     

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能

假定方形钢管混凝土构件的钢管板件在非载荷边受到弹性约束,应用能量法对钢管局部屈曲强度计算公式进行了推导;并利用已有试验结果对计算公式的正确性进行了验证。在此基础上利用该公式对约束拉杆方形钢管混凝土构件在轴压下的屈曲性能进行分析,分析表明约束拉杆能有效提高构件钢管屈曲系数,从而提高钢管壁抵抗局部屈曲的能力。最后,给出了约束拉杆纵向间距的合理设置值以及带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的钢管宽厚比限值。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压承载力

在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。该文介绍了8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验,结果表明约束拉杆的设置延迟钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱承载力的提高;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆L形钢管的管内核心混凝土本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱进行参数研究,分析了钢材屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、拉杆约束系数及荷载角对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱双向压弯承载力的简化计算公式。     

软化特征可控的双参指数型约束混凝土本构及其应用

约束混凝土本构模型的下降段影响着钢管混凝土的力学性能预测,结合6组方钢管混凝土短柱轴压破坏试验结果,提出一种软化特征可控的双参指数型约束混凝土本构。双参指数型本构考虑了方钢管宽厚比、混凝土强度、钢管截面含钢率等因素的影响,能够很好地模拟在不同约束条件下混凝土的软化行为。基于双参指数型本构,对6组方钢管混凝土试验结果进行了轴压破坏的受力全过程模拟,计算结果和试验结果吻合良好。     

多室式钢管混凝土T 形短柱的非线性分析

通过定义等效方形截面和改变混凝土强约束区、弱约束区界线底角来衡量多室式T形截面内钢材对混凝土的整体约束作用,依据轴压试验结果修正了Mander 约束混凝土模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了核心混凝土的本构关系。应用ABAQUS 对8 个多室式钢管混凝土T 形短柱试件的轴压性能进行了模拟,模拟结果与试验数据的对比表明,该本构关系能较好地适用于对构件性能的非线性分析。在此基础上探讨了构件中钢材和混凝土的共同工作情况,发现其工作机理与其它截面形式的钢管混凝土柱较为一致。将多室式钢管混凝土T形柱视为由3个矩形钢管混凝土部件折减钢板后组成,应用叠加原理得出了构件的强度承载力公式,可供实际应用参考。     

带约束拉杆异性钢管混凝土柱力学性能的试验研究

本文介绍了带约束拉杆的异形（方形、矩形、L形和T形）钢管混凝土柱的轴心受压试验结果，研究了带约束拉杆异形钢筋混凝土柱的破坏机理、极限承载力和延性。     

卷破波斜向作用下方形桥墩砰击荷载研究

沿海桥梁常受到破碎波浪作用,其中卷破波砰击严重威胁结构安全。该文通过理论和试验相结合的方法研究了方形桥墩受到的卷破波砰击荷载。以结构破波荷载经验计算公式和MLM理论模型为基础,建立了方形截面桥墩卷破波砰击荷载理论计算模型。通过卷破波水槽试验探究砰击角度与砰击荷载的关系;对比不同砰击角度理论和试验下方形桥墩截面砰击压强时程,验证了理论模型的有效性,结合试验与理论模型确定了不同砰击角度下方形桥墩卷曲因子的取值范围。研究表明：卷破波砰击方向与方形桥墩迎水轴向夹角越小,砰击荷载越大;该文提出的理论模型能很好地描述方形截面砰击压强时程随砰击角度的变化情况;根据试验结果拟合得出了方形截面卷曲因子随砰击角度的变化公式。     

纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型研究

纤维增强混凝土(FRC)具有受拉应变-硬化和多裂缝开展特性,替代普通混凝土作为梁柱节点核心区基体材料以减少箍筋的数量。该文通过建立协调方程、平衡方程和本构关系,对FRC梁柱节点在地震作用下的受力性能进行分析,提出FRC梁柱节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线理论计算模型,并研究其开裂点、屈服点和峰值点的剪应力和剪应变计算方法。将理论计算结果与试验结果进行比较,结果表明:提出的剪应力-剪应变理论计算模型可以较好地反映FRC梁柱节点在地震作用下的剪应力-剪应变关系。     

土坯砌体单轴受压本构模型研究

通过土体材料的土工试验及泥浆立方体、土坯和土坯砌体单轴抗压试验,分析了土体材料的工程性质和单轴受压下土坯砌体的应力-应变关系。建立了泥浆立方体、土坯和土坯砌体的弹性模量与其抗压强度之间的关系方程,提出了土坯砌体抗压强度的简化计算公式。基于Weibull分布的损伤统计强度理论,利用应力-应变曲线峰值点的特征,建立了损伤修正统计本构模型,并与试验数据进行了比较,验证了损伤修正统计本构模型。研究表明:土坯砌体损伤统计本构模型,在峰值应力前期,损伤修正统计本构模型与试验数据吻合很好;在峰值应力后期,由损伤修正统计本构模型计算的应力值比土坯砌体试验应力值偏小。研究结果可为土坯砌体墙的抗震性能研究提供理论参考。     

瓦楞纸板本构模型参数识别方法

目的 解决瓦楞纸板的本构模型参数识别难题,建立一个数学函数较为简单的本构方程.方法 采用正弦函数和正切函数分别表征应力-应变曲线的波动部分和压实部分,正弦正切函数组合构建瓦楞纸板本构方程,利用参数识别软件得到瓦楞纸板本构模型中的参数.结果 实验结果得出,应力-应变曲线与理论应力-应变曲线的平均相对误差均小于5％.结论 本构模型中的参数比现有文献中的本构参数数量少,利用软件能简化本构模型参数识别过程,提高了计算效率.参数识别软件的运用为瓦楞纸板力学应用提供了方便.     

An inverse approach to determine the constitutive model parameters from axial crushing of thin-walled square tubes

Knowledge of the behaviour of structural components is essential for their design under crash consideration. Constitutive models describe their material behaviour in finite element (FE) codes. These constitutive models are in relation to the material parameters which have to be determined. The strain rates commonly observed in crash events are in the range of 0–500 s^-1. Classic experimental devices such as Hopkinson’s bars do not easily cover this range of strain rates. An inverse numerical approach based on the experimental quasi-static and dynamic axial crushing of thin-walled square tubes has therefore been developed to determine the constitutive model’s parameters. The inverse method is applied in this paper in two stages to determine the power type elastic–plastic constitutive model’s parameters and the Cowper–Symonds constitutive model’s parameters. The identified power law is compared with the results obtained by quasi-static tensile tests and shows that the identified parameters are intrinsic to the material behaviour. The Cowper– Symond’s parameters identified by this method are then used in FE simulation to predict the dynamic response of the same square tube subjected to bending loading. The results obtained show a good correlation between the experimental and numerical results.