随机锈蚀H型钢柱偏压承载力分析

为了揭示随机锈蚀对H型钢柱在偏压作用下极限承载能力的影响,采用随机有限元方法对随机点蚀钢柱的抗弯承载力的变化规律进行了研究,考虑了轴压比、几何参数以及锈蚀深度对H型钢柱抗弯承载力折减系数的影响;得到了不同几何尺寸下H型钢柱的适用性,揭示了折减系数随锈蚀深度的变化规律,提出了用于预测抗弯承载力折减系数的理论计算公式。结果表明,所提出的理论公式可以准确预测随机点蚀H型钢柱的抗弯承载力,可为评估既有H型钢柱的极限承载力提供理论基础。

高原环境下大跨空间网架结构日照非均匀温度效应研究

网架结构是一种空间大跨度结构,在温度荷载和边界约束作用下,杆件产生应力,结构发生位移,因此在网架结构设计过程中应考虑温度荷载的不利影响以保证结构的承载性能和正常使用.基于西藏山南隆子机场航站楼项目,以高原环境温差大、风速大、太阳辐射强的特点为背景,对航站楼屋面大跨度空间网架结构在均匀温度场和非均匀温度场作用下的温度效应进行研究.利用Midas Gen有限元软件对该屋面网架进行建模,获取不同工况下的结构响应.研究结果显示,承载能力极限状态下,考虑均匀温度荷载时网架结构杆件的最大应力比和网架结构最大位移均大于未考虑均匀温度荷载.正常使用极限状态下,恒荷载与活荷载对网架结构的最大位移起控制作用,而均匀温度荷载对结构的最大位移影响较小.结构最大应力出现在支座位置处,最大位移出现在网架外伸悬挑处,但都未超过规范规定的限值,且非均匀温度场对结构应力和位移的影响较均匀温度场更为明显.根据日照对网架结构的作用规律,给出相应施工方面的建议,以减少温度效应对网架结构施工过程的影响.总之,高原环境下,大跨空间网架结构的设计施工以及使用过程中不仅要考虑到均匀温度场的影响,也应考虑到非均匀温度场的影响,以保证结构的安全和正常使用.

L形方钢管再生混凝土组合异形柱压弯扭力学性能有限元分析

目的研究不同粗骨料取代率下L形方钢管再生混凝土组合异形柱在压弯扭等复合受力下的力学性能。方法采用ABAQUS软件建立L形方钢管再生混凝土组合异形柱有限元模型,分析其在压弯扭等复合受力下的受力机理,及常见参数对其力学性能的影响。结果在压弯扭复合受力作用下,不同粗骨料取代率下各试件的受力全过程均分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段,当试件承受的轴压力大于0.4 F p且弯矩值大于0.6 M p时,试件抗扭承载力降低、延性较差。在相同的轴压力及弯矩作用下,随着粗骨料取代率的增大,试件的峰值扭矩和延性逐渐降低。结论在工程设计中,大轴压比试件应重点考虑扭矩对L形方钢管再生混凝土组合异形柱的影响。

下栓接贯通隔板-上焊接外环板节点抗连续倒塌性能数值模拟分析

通过对不同连接方式的梁柱节点构造进行分析,发现采用新型节点形式(下栓接贯通隔板-上焊接外环板)更有利于发挥悬链线机制,提高构件抗连续倒塌能力。运用ABAQUS软件,对该节点形式下的不同跨高比、不同跨度比以及局部削弱截面下的失效模式、承载力-位移曲线、抗力机制进行分析,为提升梁柱节点抗连续倒塌能力提供了新的节点形式,为抗连续倒塌性能的设计奠定了基础。

方钢管铁尾矿再生混凝土柱抗震性能有限元分析

为解决铁尾矿再生混凝土在钢管混凝土柱中的应用问题,揭示不同参数条件下钢管铁尾矿再生混凝土柱滞回性能的变化规律,通过ABAQUS有限元软件建立了方钢管铁尾矿再生混凝土柱的数值模型。基于所建模型进行了参数化分析,研究了轴压比、宽厚比、长细比、材料强度等参数对试件抗震性能的影响。结果表明:随着轴压比由0增至0.6,承载力逐渐下降17.7%,延性逐渐下降,承载力退化速度加快;当钢材厚度不变,宽厚比由66.7减至28.6时,承载力大幅度提高61.61%,承载力退化速度放缓,耗能能力增加;随着长细比由13.16增至26.33,试件承载力下降17.5%,刚度明显下降,承载力退化速度变缓;钢材强度及混凝土强度的提升可有效提高承载力,而对试件刚度影响不大。研究证明了钢管铁尾矿再生混凝土柱具有良好的抗震性能,并可为钢管铁尾矿再生混凝土柱的应用提供理论参考。

FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱轴压性能有限元分析

以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5%,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6%~7%.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4%~5%.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比达到31.3时,环向FRP仍能为柱提供有效约束,提升柱11%的峰值承载力.

FRP-钢板黏结性能研究现状及分析

近年来,采用FRP加固钢结构的工程应用逐渐增多,而FRP与钢之间的界面黏结性能是影响其整体工作性能的关键因素。在国内外FRP加固钢结构研究的基础上,归纳总结了FRP-钢板黏结性能的关键影响因素,如纤维布的层数、有效黏结长度、FRP的弹性模量以及黏结剂性能等。阐述了非荷载作用(环境因素)下和荷载作用下FRP-钢板黏结性能的演变规律。在自然环境下,温度和湿度对FRP-钢板黏结性能影响较大,而腐蚀、紫外线等因素对FRP-钢板黏结界面强度降低的影响较小。在一定的冲击荷载下,FRP-钢板的黏结强度较无冲击时的黏结强度有所提升。可为有关进一步提升FRP-钢板黏结性能的研究提供必要参考。

方钢管混凝土柱-H型梁新型节点倒塌性能试验研究

为提高方钢管混凝土柱-H型钢梁节点连续倒塌工况下的承载力和转动能力,提出了一种H型钢梁下栓接贯通隔板上焊接外环板的新型节点形式,进行了试验研究,分析了腹板连接板处开长圆螺栓孔对节点力学性能的影响.结果表明:与以往节点形式相比,该种新型节点形式具有更高的承载力和更好的转动能力;钢梁的受力符合梁抗弯机制转悬索机制的一般规律;腹板连接板处开设长圆螺栓孔并未削弱连接,反而提高了节点的转动能力和竖向抗力,梁抗弯机制失效后进入悬链线阶段,是钢框架体系中用于抗连续倒塌设计的一种较为理想的节点形式.同时通过对比规范发现,该种新型节点形式承载力符合相关设计要求,此规范可用于该节点的设计和结构屈服预测.

方钢管混凝土柱梁下栓上焊节点受力性能研究

为研究带外环板的方钢管混凝土柱H形钢梁下栓上焊节点的受力性能,以梁上翼缘连接方式和梁截面尺寸为试验参数,设计制作了3个节点构件,并对其进行拟静力试验。引入了数字散斑相关方法(DSCM)测量系统,对节点核心区应变进行非接触式高精度测量。结果表明,受焊缝质量的影响,构件主要破坏位置都在焊缝附近,其中下栓上焊节点和全螺栓节点分别发生在梁上翼缘与外环板连接的焊缝处和下内隔板与柱连接的焊缝处;下栓上焊节点相对于全螺栓节点核心区变形更小,更符合“强柱弱梁”准则,并推断梁柱之间荷载传递主要通过外环板,但全螺栓节点由于螺栓滑移以及焊接缺陷少,延性要显著好于下栓上焊节点;梁截面尺寸和节点连接方式对构件核心区受力性能和应变分布有较大影响,其中核心区主应变及剪应变云图均呈45°斜向发展。

高强钢管混凝土柱-H型钢梁框架抗震性能参数化研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁框架结构因承载能力高,耗能能力强而被广泛应用。在框架中采用高强钢和高强混凝土可以进一步提高力学性能,减少梁柱设计截面。本文利用ABAQUS有限元软件对现有论文中普通强度钢管混凝土柱-钢梁框架进行了精细化建模分析。首先通过与试验数据进行对比,从而保证有限元模型的准确性;在此基础上通过改变钢管混凝土柱钢材强度、混凝土强度,钢梁钢材强度等进行参数化分析。分析结果表明:提高梁、柱的钢材强度对于结构的弹性刚度几乎无影响,但是钢材强度的提升明显地提高了框架的承载力和延性,柱钢材从Q355提高到Q690,框架的抗侧承载力提高了51.8%;混凝土强度的提升提高了框架的弹性刚度和承载力,但延性有所下降。

考虑损伤的CFRP加固钢板精细化数值分析研究

在已有的碳纤维复合材料CFRP加固钢板(CFRP-钢板)单轴拉伸试验的基础上,基于对胶层采用Cohesive单元和CFRP采用Hashin损伤的建模方法,建立分别考虑胶层和CFRP损伤失效的有限元模型。将有限元分析结果与试验结果进行对比分析,该模型预测的承载力与试验结果吻合良好,且能够对胶层的损伤失效和CFRP的损伤失效过程进行较为准确的预测,以上结果表明:该模型能够对CFRP-钢板单轴拉伸下的承载力以及失效模式进行工程适用的预测。

新型双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析研究

针对栓肋混合拉接的新型双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能进行了有限元分析。该剪力墙面层钢板间通过肋板及栓钉连接,中间填充混凝土。基于ABAQUS有限元分析软件建立了该剪力墙的精细化有限元模型。详细研究了钢板厚度与是否布置抗剪栓钉对该剪力墙在水平低周往复荷载作用下的滞回性能的影响。结果表明:新型双钢板混凝土组合剪力墙滞回曲线饱满,没有捏缩现象发生,整体构件抗震性能良好,具有较好的延性。钢板厚度的增加使截面含钢量提高,承载力和刚度明显提升,耗能能力增强;布置抗剪栓钉提高了试件加载后期的强度,延缓了试件在破坏阶段承载力下降过程的出现,提高了延性。

中柱失效下钢管混凝土柱梁节点力学性能分析

为研究钢管混凝土柱-H型钢梁下栓上焊节点在中柱失效模式下钢梁的传力性能,设计了腹板连接板处开圆孔和长圆孔的2根试件,进行了静力加载试验研究,分析了钢梁的传力特性和不同机制对竖向荷载抗力的分担。结果表明:该新型节点远端钢梁试验时始终处于弹性状态,可采用相关公式计算钢梁内力;在贯通隔板范围内钢梁受其抗弯性能影响较大。试件屈服前主要由钢梁抗弯机制提供竖向抗力,屈服后转由悬索机制提供,整个试验过程钢梁抗弯机制并未消失,破坏前一直处于拉弯状态;腹板连接板开设长圆螺栓孔可以提高节点转动能力,更有利于钢梁轴力提供竖向抗力。同时,提出并验证了该新型节点形式在框架结构中刚性连接的假定,给出了极限面荷载参考值。

高强钢矩形钢管混凝土偏压柱有限元分析及规范对比

为了验证高强钢矩形钢管混凝土柱在国内现行规范中的适用性,在已有的3根Q420和4根Q460高强钢矩形钢管混凝土偏压柱试验的基础上,应用ABAQUS对试件进行数值模拟,对比试验结果来验证模型的正确性。然后根据GB 50936-2014、DB/T 29-57-2016、CECS 159:2004和JGJ 138-2016中宽厚比限值和长宽比限值要求,建立15个Q460矩形钢管混凝土柱有限元模型,通过有限元计算得到的N-M曲线与规范计算方法得到的N-M曲线进行比较,以分析Q460矩形钢管混凝土偏压柱在规范中的适用性。结果表明:在各自规范的宽厚比限值以内,对于Q460高强钢矩形钢管混凝土偏压柱的设计,GB 50936-2014、CECS 159:2004和DB/T 29-57-2016能继续适用,而JGJ 138-2016偏于不安全。在各自规范的长宽比限值以内,对于Q460高强钢矩形钢管混凝土偏压柱的设计,CECS 159:2004和JGJ 138-2016能满足安全性要求。

迁移学习在结构工程中的应用与实例分析

大数据和人工智能技术正在对各行业产生深刻影响,带来新的发展机遇.工程结构个体特征强,其数据资源难以有效利用,建立的机器学习模型也难以有效推广到其他工程结构中.针对此问题,提出了基于Benchmark模型建立工程结构通用机器学习模型,通过迁移学习完成实际工程结构任务的基本思路,并探讨了工程结构中的迁移学习分类、流程、研究现状和展望.最后,通过结构损伤识别的实例分析探讨了工程结构中的自迁移学习,证明了在工程结构中使用迁移学习的有效性.

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。

不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩压弯性能研究

椭圆形钢管混凝土桥墩的流线外形可以有效降低水流等的作用,但是其截面特性较为复杂,尤其是当荷载沿非对称轴方向作用时,容易发生扭曲而降低强度。为了研究不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能,本研究采用数值分析软件,建立并通过试验验证了可以精确模拟圆形钢管混凝土桥墩力学性能的数值分析模型。进一步地,利用模型分析了0°~90°不同角度加载时椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能,分析了不同荷载角度对承载性能的影响规律。结果表明,随着加载角度从0°增加到30°、60°、90°,椭圆形钢管混凝土桥墩极限压弯承载力分别下降了5.38%、27.18%、37.03%;初始刚度随着荷载作用角度的增加而降低,屈服位移和极限位移随着水平荷载作用角度的增加而有所上升。本研究的结果可为椭圆形钢管混凝土桥墩的设计提供借鉴。

矩形钢管混凝土结构研究综述

从柱、节点和异形柱体系三个方面,对矩形钢管混凝土的研究进行了总结。介绍了常用的三种矩形钢管混凝土柱的理论体系,即拟钢理论、统一理论和叠加理论,并利用大量试验数据,对不同理论进行了对比分析。介绍了国内常用的四种矩形钢管混凝土柱-钢梁节点构造,对其中新型隔板贯通节点的发展进行了详细阐述。介绍了异形柱的分类和研究成果,并对提出的方钢管混凝土组合异形柱方面的研究进展进行了总结。

配螺旋箍筋方钢管混凝土柱力学性能研究

为了研究配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的力学性能,在试验基础上应用ABAQUS软件建立了方钢管混凝土柱的有限元模型,对比分析了配螺旋箍筋方钢管混凝土柱与普通方钢管混凝土柱的力学性能,得到螺旋箍筋对混凝土具有约束加强作用的影响规律。在此基础上,进一步对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱进行参数化分析,研究了混凝土强度等级、螺旋箍筋间距、螺旋箍筋直径、螺旋箍筋强度等级对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱轴压承载力的影响。结果表明:提高混凝土强度等级、减小螺旋箍筋间距和增大直径均能有效提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力,而改变螺旋箍筋强度等级对提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力效果不明显;配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力与其用钢量近似成正比关系。在相关规范的基础上,推导了适用于配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式,并验证了其合理性。

矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能研究

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验,变化参数为再生粗骨料取代率(0%,50%,100%)和轴压比(0.3,0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态,分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明:矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,表现为柱脚的鼓曲变形;轴压比为0.3时,再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%;轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%;平均位移延性系数接近2.7,说明其具有良好的变形能力;矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。