钢结构格构柱抗侧向冲击性能研究

为了比较不同缀材格构钢柱的抗冲击性能,采用有限元软件ABAQUS建立了数值模型,并与现有试验进行对比,校核数值模拟方法的正确性。构造相同承载力设计值的3种不同规格的缀板和缀条格构柱,分析侧向冲击荷载作用下柱子响应过程中冲击力、侧向位移、能量等的变化规律。结果表明:缀条格构柱平台冲击力较大,冲击能量吸收能力较缀板格构柱提高了1.5~3.4倍,构件抗弯能力更好;缀条格构柱的抗冲击性能与柱分肢间距呈正相关关系;缀板格构柱主要吸能部件为柱肢,占比为85%~92%,缀条格构柱主要吸能部件为缀条,占比为50%~73%。

四肢方圆钢管混凝土格构柱低周反复加载试验研究

完成2个四肢方钢管混凝土格构柱和1个四肢圆钢管混凝土格构柱的低周反复加载试验。为研究方、圆钢管混凝土格构柱的破坏特征、抗震性能及更好的分析两种不同柱肢截面形式构件的抗震性能差异,各试件的尺寸采用等材料原则确定。试验结果表明:1缀管与柱肢的连接被撕裂是钢管混凝土格构柱的主要破坏形态;2方、圆钢管混凝土格构柱均有良好的综合抗震性能;3与方钢管混凝土格构柱相比,各试件的强度及延性相差不大,但圆钢管混凝土明显具有高的耗能能力及更小的刚度退化。最后,对方、圆钢管混凝土格构柱的合理应用进行探讨。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。

平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。

钢管混凝土组合格构柱的弯曲性能

钢管混凝土格构柱正成为一种新型的桥墩结构,为全面了解其力学性能,研究钢管混凝土组合格构柱的弯曲性能,以指导工程应用。以大跨连续刚构桥的高墩为研究对象,进行缩尺模型的弯曲破坏试验,并采用有限元程序ANSYS进行全过程模拟。试验结果表明:结构的弯曲变形分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、下降段4个阶段,结构具有良好的塑性变形性能和整体工作性能,在极限荷载作用下,发生典型的延性破坏;组合截面在开裂前,基本符合平截面假定,组合截面在开裂后,不符合平截面假定;提出了抗弯极限承载力较为精确的有限元计算方法;参数影响分析表明,结构的抗弯极限承载力与钢管强度和截面高宽比呈等比例增长,受内填混凝土强度影响较小。

变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力

变截面钢管混凝土格构柱的轴压试验结果表明,随着试件高度的增大和柱肢坡度的减小,其极限荷载逐渐降低。基于上述规律,在等截面钢管混凝土格构柱计算框架的基础上,研究了变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的计算方法。提出变截面钢管混凝土格构柱等效长度的概念和等效长度法的计算公式,其承载力计算结果与试验结果吻合良好。最后在有限元数值分析验证的基础上,给出适合工程应用的四肢变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的实用算法,为钢管混凝土设计规程的进一步完善提供参考。

钢管混凝土组合格构柱高墩大跨连续刚构桥非线性研究

腊八斤特大桥是雅泸路上一座高墩大跨连续刚构桥,该桥在国内首次提出并采用了钢管混凝土组合格构柱高墩。考虑钢管混凝土组合格构柱截面的组合性能,建立了三维非线性数值计算模型。按照桥梁施工过程,进行了施工状态和成桥状态的非线性研究。计算结果表明,钢管混凝土组合格构柱高墩具有较大的刚度,横向联系能明显减小桥梁的横向变形。

等边角钢四肢方阵式格构柱截面直接设计法

本文考虑剪切变形影响，将等边角钢四肢方阵式格构柱分为缀板式和缀条式两种，分别导出截面直接设计表达式，符合现行《钢结构设计规范》ＧＢＪ１７－８８的要求和习惯，便于工程设计应用．

V型缀管钢管混凝土格构柱极限承载力试验

目的对钢管混凝土之间采用V型钢管连接的格构柱进行试验研究,探讨V型缀管钢管混凝土格构柱承载能力及其实用算法.方法采用柱轴压和偏压试验研究,对不同长细比和偏心率的格构柱进行承载力试验,建立经过验证的有限元模型,确定格构柱承载力的双参数计算方法.结果斜缀管为压弯受力或拉弯受力且受力较大;柱肢之间受力有一定差别;随着长细比的增加,试件由分肢屈曲向整体失稳转变.长细比较小的试件其承载力应进行单肢承载力验算.结论V型缀管格构柱存在相关屈曲的问题,得到了V型缀管钢管混凝土格构柱考虑偏心率折减系数和稳定系数的极限承载力计算方法.

钢管混凝土哑铃型截面计算模式分析

针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,视截面中的钢管、管内混凝土、腹板以及腹腔内混凝土为普通空间梁单元,利用平截面假定和主从节点形成的转换矩阵,将各个普通空间梁单元集合成空间组合梁单元。应用Fortran语言编制了钢管混凝土哑铃型截面拱计算程序。算例结果表明,钢管混凝土哑铃型截面拱肋中钢管及管内混凝土主要承受轴向力,弯矩很小。进一步提出用于哑铃型截面上下肢钢管混凝土轴向力计算的格构柱法修正公式,修正后的计算结果与算例吻合良好。

套环四肢钢管混凝土格构柱轴心受压承载力试验研究

套环四肢钢管混凝土格构柱(简称套环格构柱)适用于村镇化装配式低层建筑中,其运输、安装和维护方便,为探究其受力性能,设计制作了10个套环格构柱进行了轴心受压试验,分析了套环与柱肢钢管间的间隙处理方式、缀条连接方式和长细比变化等因素对套环格构柱承载力的影响,与普通轴心受压格构柱的承载力设计计算公式比较,提出了轴心受压套环格构柱承载力计算公式,可供设计参考。

缀条式压弯格构柱设计优化

压弯构件的截面设计一般采用试凑法和逐次逼近法。通过公式推导,优化了缀条式压弯格构柱的设计方法,可简便快捷地设计出合理的截面。通过实例分析,对优化方法进行了验证。结果表明,优化方法设计的截面能较好地满足缀条式压弯格构柱的稳定性。

四肢圆钢管混凝土格构柱恢复力模型研究

为了探究钢管混凝土格构柱的弹塑性地震反应以便进行构件非线性理论分析,对2根四肢圆钢管混凝土格构柱进行了低周反复加载试验,并收集了12根四肢圆钢管混凝土格构柱低周反复荷载作用下的试验资料。通过理论分析及试验结果回归分析,提出了钢管混凝土格构柱的退化三折线恢复力模型,确立了构件轴压比、等效长细比及材料比例系数等主要参数与模型之间的关系,并将模型计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:计算结果和试验结果吻合较好,且该恢复力模型计算方法简单,便于进行结构地震反应分析及工程应用。

钢管混凝土格构柱极限承载力实用计算公式

在理论分析基础上,提出钢管混凝土格构柱长细比折减系数计算模型及等效长细比计算公式,并改进等效长细比计算公式。同时,利用数值计算方法对不同混凝土强度、钢材强度、缀条横截面积、缀条布置形式、偏心率、长细比的钢管混凝土格构柱构件的承载力进行仿真计算,并在改进的等效长细比基础上,分析它们对长细比折减系数的影响。结合数值计算结果及长细比折减系数计算模型,提出长细比折减系数计算公式。利用本文提出的长细比折减系数计算公式及规程CECS28:90中双系数乘积公式对构件极限承载力进行计算,并与数值计算结果及试验结果进行比较。研究结果表明:在改进的等效长细比基础上,混凝土强度、钢材强度、缀条横截面积、缀条布置形式对长细比折减系数的影响很小,可以忽略;3种计算方法计算结果吻合良好,验证了本文提出的长细比折减系数计算公式的正确性。

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥地震响应及参数分析

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥是强震区高速公路的新兴桥型之一。本文依托四川干海子特大桥实际工程,以梁墩刚度比、曲率半径、缀管布置形式以及有无减隔震装置为设计参数,应用Midas Civil有限元软件构造了26座三跨对称曲线连续梁桥计算模型,对E1地震作用下钢管混凝土组合桁梁和格构墩主要控制截面处的弯矩、扭矩、墩顶位移、位移率等地震响应值进行对比分析,探讨了各设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥的影响规律和抗震适用性,给出了建议的参数适用取值范围,并对干海子大桥第一联结构进行了优化验证。该研究结论可为同类桥梁抗震优化设计提供理论支撑,提高结构安全度,同时也为钢管混凝土组合结构桥梁的抗震设计规程修编提供参考和借鉴。

考虑初应力的钢管混凝土格构柱受力性能有限元分析

在试验研究的基础上对有初应力的钢管混凝土格构柱受力性能进行了有限元分析。分析结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好。应用有限元方法,以初应力度和长细比为参数,对有初应力的钢管混凝土格构柱进行了受力全过程分析。分析结果表明,钢管初应力降低了钢管混凝土格构柱构件的弹性阶段,使构件提前进入了弹塑性阶段,并使构件的峰值极限荷载推迟出现,且对应的变形也有所增加。此外初应力度和长细比较小时,初应力对钢管混凝土格构柱极限承载力的影响不大;但当初应力度和长细比较大时,初应力会使构件的极限承载力明显下降,下降幅度超过12%。

缀条式轴心受压格构柱的一种简化计算方法

在格构式轴心受压构件的设计中,对分肢用型钢做成的缀条柱,不论是分肢还是缀条,都可引入轴心受压型钢构件的简化计算方法,由l0和N直接选择型钢型号;采用该方法不但可以使格构柱的截面设计变得比较简单,而且还可以使截面设计得到优化.

钢管格构柱极限承载力计算方法研究

应用ANSYS通用程序对钢管格构柱试验进行有限元分析,分析结果与试验结果吻合良好。对钢管格构柱极限承载力,进行了偏心率、长细比和构造参数的影响分析,对国内钢结构设计规程GB50017—2003的计算方法进行了评价和讨论,提出了相应的修正建议,最后在参数分析基础上,借鉴钢管混凝土格构柱,提出了四肢钢管格构柱极限承载力的合理实用的计算方法。

双肢梯形冷弯薄钢格构柱轴压承载力研究

目的提出一种适用于轻钢厂房或大跨房屋的缀条式双肢梯形薄钢格构柱,并研究其轴心受压承载性能。方法采用ABAQUS有限元软件对梯形截面双肢格构柱数值模型进行非线性分析,研究构件的应力发展趋势和破坏机理,分析柱高和分肢腹板高度参数对格构柱轴压承载力的影响机制,并采用现行规范有效宽度法对构件进行极限承载力计算分析。结果随着柱高增加,格构柱由强度破坏转为整体失稳破坏,同时伴有斜卷边畸变屈曲耦合破坏,轴压承载力下降速度先快后慢;随着腹板高度增加柱由绕实轴失稳转为绕虚轴失稳,承载力先增大后减小;规范计算值对腹板高度在80~120 mm时,结果偏于安全;腹板高度为140 mm时,结果偏不安全。结论双肢梯形薄钢格构柱的截面形式布置灵活,轴压承载力较高;薄钢格构柱的分肢腹板高度取100~120 mm为宜;建议修正稳定系数φ,得出适用于双肢梯形冷弯薄钢格构柱的承载力计算公式。

罕遇地震下钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震简化分析方法研究

以干海子特大桥为工程背景,运用Midas Civil有限元软件建立钢管混凝土格构式高墩连续梁桥计算模型。分别采用弹性及弹塑性法对该类梁桥进行罕遇地震下地震响应时程分析对比,发现两种不同的计算方法下其桥墩控制截面处的位移、弯矩振型曲线图较为一致;在此基础上提出了罕遇地震下该类梁桥的"等效弹性法"简化计算法,并分别从不同的地震波、设防烈度和加速度峰值对算法验证。结果表明,等效弹性法与弹塑性纤维法计算结果数值吻合良好。该研究成果可有效提高工程抗震设计计算效率,同时也为该类结构体系的抗震设计规范提供了参考依据。