钢筋混凝土轴压构件材料阻尼计算及应用公式

提出一种计算钢筋混凝土轴压构件材料阻尼的新方法，基于Lazan材料阻尼与应力关系的理论研究，利用Open SEES系统，采用Giuffre-Menegotto-Pinto钢材本构关系模型、Kent-Scott-Park混凝土本构模型及Karsan-Jirsa加卸载准则，计算钢筋混凝土构件在轴向重复荷载下的滞回曲线包围面积，从而得到钢筋混凝土材料单位体积损耗能量。结果表明，单位体积损耗能量随最大应力幅值的提高而增大，且随混凝土强度和配筋率增大而减小。通过SPSS统计分析软件回归建立了钢筋混凝土构件在轴向重复荷载下材料单位体积耗能与最大应力幅值的关系式，回归结果与计算结果吻合较好，为进一步了解钢筋混凝土材料性能及进行钢筋混凝土结构动力响应计算打下基础。     

箍筋约束混凝土单轴滞回本构实用模型

该文深入研究了箍筋约束混凝土单轴滞回本构模型,并利用ABAQUS-2次开发功能对6种典型的模型进行计算分析。通过各模型计算结果与试验结果的比较以及各模型之间的比较,从受压骨架曲线,受压滞回曲线,受拉滞回曲线3个方面,研究了各模型的准确性和计算效率。在对比分析的基础上,建立了一个与实验符合较好、且考虑复杂加载路径的混凝土...     

钢管混凝土柱组合轴压刚度的理论分析

应用连续介质力学的方法,对钢管混凝土进行了小变形下的弹性理论分析。导出了钢管混凝土柱弹性本构方程、组合轴压弹性模量和组合轴压刚度的理论计算公式。结果表明,钢管混凝土柱组合轴压刚度与简单地把钢管刚度和混凝土刚度叠加起来的换算轴压刚度相比,能够提高6.9%～26.4%。理论计算公式算得的结果与按照统一理论所得的结果相近。理论计算公式能够精确可靠地描述钢管混凝土构件在小变形下的弹性行为。     

自应力钢管轻砼中轻砼的本构关系及强度准则

本文采用理论分析与试验研究相结合的方法，通过对大量试验数据的计算，统计分析推导出自应力钢透轻砼中核心轻砼的本构关系及强度准则。为研究自应力钢筋轻砼基本构件的力学性能奠定了良好的基础。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

变刚度钢管混凝土短柱隔震装置滞回曲线的研究

在王焕定等人试验的基础上,针对变刚度钢管混凝土短柱隔震装置提出了便于弹塑性时程分析中应用的双向恢复力模型。本模型采用光滑连续函数来模拟该隔震装置的恢复力,并将该隔震装置的摩擦力模型化为速度相关型阻尼力。模型的控制参数可以直接从试验曲线中获得。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点抗震性能的机理分析

钢管混凝土结构因其具有良好的延性等抗震性能,在地震荷载作用下,具有较强的抗倒塌能力,使其在工程实践中得到广泛的应用。该文在已有的有限元数值分析模型基础上,通过将不同轴压比下方形和圆形钢管混凝土柱-钢筋环绕式钢筋混凝土梁连接节点的计算滞回曲线、骨架线与试验滞回曲线相比较,验证有限元模型并揭示节点的抗震特性。通过对典型轴压比下钢管混凝土结构节点的工作机理分析,研究受力全过程中节点裂缝和变形发展过程,明确节点极限状态和破坏模态;揭示节点核心区混凝土约束力、钢筋应变、核心区剪力的变化规律。基于比较不同轴压比下节点极限状态的核心混凝土应力和核心区剪力状态,确定轴压比对节点破坏模态的影响。     

离心钢管混凝土的等效本构关系

在现有离心钢管混凝土本构关系分析的基础上,将离心钢管混凝土简化为同一尺度的横观各向同性体,利用在弹性状态下应变能相等原理和弹塑性状态时应力—应变呈二次抛物线变化的假定,提出了离心钢管混凝土这种组合结构新的等效本构关系。实例分析表明,模型与试验结果吻合较好,且该本构关系能客观地反映了离心钢管混凝土构件的物理力学关系,为离心钢管混凝土结构进行数值分析奠定了基础。     

方CFRP-钢管混凝土(S-CFRP-CFST)压弯构件滞回性能试验研究

进行了8个方CFRP-钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验。试验结果表明,纵向CFRP对方钢管混凝土有很好的增强作用,可以提高试件的承载力。对试验结果的分析表明,轴压比可以提高试件的抗弯承载力,钢管和CFRP管的变形协调一致。计算表明:试件强度均有一定退化;轴压比和纵向CFRP增强系数的增大可以提高试件的刚度,同时减缓刚度退化;轴压比在一定范围内有利于试件的抗震。     

方形薄壁钢管混凝土轴压短柱约束模型的建立

为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土产生的主动约束力,进而利用约束混凝土模型求得钢管中受约束混凝土极限压应力值;从理论上解析了薄壁钢管混凝土柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的机理,给进一步的薄壁钢管混凝土柱理论分析研究提供了依据.     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

钢管混凝土(CFST)构件可充分发挥钢管与核心混凝土优点,在桥梁墩柱中已得到应用,抗撞设计是其在墩柱中推广应用的关键问题。因此,该文基于LS-DYNA有限元软件建立了56个车辆撞击双柱CFST桥墩分析模型并进行抗撞机理与参数分析。基于前期落锤撞击结果与实车撞击试验验证了模型可靠性;对典型工况下撞击力和桥墩塑性应变发展、内力分布和能量转换进行研究并重点分析了含钢率、轴压比、货物刚度、车辆质量和速度对CFST桥墩撞击力和侧向位移分布的影响规律;采用等效静力法计算得到25 ms等效车辆撞击力(ESF₂₅)并对AASHTO规程建议值进行评估,提出车撞CFST桥墩撞击力预测公式。结果表明：车辆撞击下CFST桥墩钢管与核心混凝土协同工作,钢管是主要耗能部件;由于上部结构和桥墩惯性作用,不同撞击时刻桥墩内力分布具有显著差异;车辆质量与速度对撞击力发展影响显著,含钢率与轴压比影响较小,货物弹性模量在2000 MPa内变化时影响较大;建议的撞击力公式可较好预测考虑上部质量影响的CFST桥墩撞击力。     

钢管混凝土柱的非线性振动特性分析与脱粘识别

钢管混凝土柱脱粘对结构受力性能有很大影响,脱粘检测成为研究者关注的问题。设计制作了5个不同脱粘状态的钢管混凝土悬臂柱试件,在锤击激励下记录试件表面6个测点的自由振动加速度信号。通过解析模式分解,分离出信号的一阶频率分量,再利用Hilbert变换,获得频率-振幅曲线。频率-振幅曲线表明无脱粘的钢管混凝土柱试件呈现出较强的非线性振动特性,与弱Duffing系统相似。脱粘的存在,使得试件的非线性特性减弱,脱粘面积越大,非线性系数绝对值越小。信号测点离脱粘位置越近,非线性特性越弱,非线性系数绝对值越小。非线性系数对脱粘敏感,且不易受构件制作和边界条件的影响,是识别钢管混凝土柱脱粘的良好指标。     

Material ratchetting of beam under steady axial load and cyclic bending

Abstract

The purpose of this paper is to extend the applicability of the complete differential elasto‐plastic constitutive equations of the endochronic theory to describe the material ratchetting of a beam under a steady axial load and cyclic bending. Based on the assumption of the linear distribution of the through‐thickness strain of a beam under cyclic bending, the stress‐strain behavior of each through‐thickness point can be found theoretically. Experimental data of a lead alloy under a steady axial load and cyclic bending from Hyde et al. are used for comparison with theoretical predictions. It is shown that the theoretical results are in agreement with the experimental data.     

我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望

以轴压比、含钢率和钢材强度为参数,进行了8根高强钢管超高强混凝土柱和1根普通强度钢管超高强混凝土对比柱的拟静力试验,分析了各参数对破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线和各个抗震性能指标(如延性、耗能和强度与刚度退化等)的影响程度。结果表明：压弯破坏为主要破坏模式;弹性刚度受轴压比影响不大,但受含钢率和钢材强度影响较大;极限承载力受轴压比、含钢率和钢材强度影响较大,随前者增大而降低,随后两者增大而增大;延性受轴压比、钢材强度和含钢率影响较大,随前两者增大降低,随后者增大而增大;耗能能力随轴压比增大而减弱,随含钢率和钢材强度增大而增强;刚度和强度退化程度随轴压比增大而降低,随含钢率增大而增大,且前者随钢材强度增大而增大,后者则随钢材强度增大呈减小趋势。通过对比不同规程抗弯刚度计算方法,结果表明：受材料适用范围限制,各规程不适用于该类高强材料组合构件。     

负刚度摩擦阻尼装置的开发及应用研究

消能减震技术通常需要在多个楼层布置减震装置才能有效降低结构的地震响应,占用了较多的结构空间。针对此种问题提出在底部楼层布置负刚度阻尼装置的减震方案,形成力学上的隔震层,用减震实现类似隔震的效果,以减少阻尼器的布置数量。为实现该减震方案,研发了一种基于氮气弹簧的负刚度摩擦阻尼装置,该装置具有行程大,力学性能稳定等优点。性能试验验证了负刚度摩擦阻尼装置可以实现具有负刚度特征的滞回模型,对负刚度摩擦阻尼装置布置于底部楼层的减震方案进行了模拟分析,结果表明仅在底层布置负刚度阻尼装置可以获得理想的减震效果。     

阻尼减振材料滞弹性位移场模型参数寻优及其应用

针对阻尼材料滞弹性位移场模型多参数、多目标、非线性优化问题,给出了一种粒子群算法与序列二次规划法相结合的多参数变量寻优解法,并将模型优化结果与标准流变学模型、分数导数模型及试验结果进行了比较。基于ADF数学模型建立了粘弹性集中参数系统及阻尼夹芯板结构的动力学方程,并进行了结构模态响应分析及阻尼预测。计算结果表明:该组合寻优解法不仅能得到较好的最优解,而且确定出的模型参数准确可信,优化后的ADF模型能很好的再现阻尼材料的本构特征。     

FE analysis of residual stress relaxation in a girth-welded duplex stainless steel pipe under cyclic loading

This study intends to characterize the residual stress relaxation in a girth-welded duplex stainless steel pipe exposed to cyclic loading. FE thermal simulation of the girth welding process is first performed to identify the weld-induced residual stresses. 3-D elastic–plastic FE analyses incorporated with the cyclic plasticity constitutive model which can describe the cyclic stress relaxation are next carried out to evaluate reconstruction of the residual stresses under cyclic mechanical loading. The results unveils that considerable reduction of the residual stresses in and around the girth weld occur even after the initial few loading cycles and degree of the stress relaxation is dependent on the magnitude of applied cyclic loading.     

强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱抗爆性能数值模拟与实验验证

建立了爆炸荷载作用下方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(Ultra-High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete Filled Double Skin Steel Tube,UHPSFRCFDST)柱动态响应及其损伤破坏三维有限元数值模型。首先通过模拟结果与爆炸破坏试验结果的对比分析,验证了数值模型和计算方法的有效性。进而运用参数化分析方法,研究了空心率、含钢率、内、外层钢管厚度及其强度等关键参数对UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。研究结果表明,UHPSFRCFDST柱具有优越的抗爆性能,所建立的三维有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及其损伤破坏;在一定范围内减小空心率及提高外层钢管强度可有效提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能;提高含钢率、减小内、外层钢管高厚比均能够显著提升UHPSFRCDST柱抗爆性能;内层钢管强度对UHPSFRCFDST柱的抗爆性能影响并不明显。