配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

配筋空心圆钢管高强混凝土轴压短柱工作机理分析

目的 提出一种配筋空心圆钢管高强混凝土新型组合柱,分析其在轴向荷载作用下的工作机理,以解决空心钢管混凝土柱空心率较大和延性差等问题。方法 对配筋空心圆钢管高强混凝土短柱进行轴压试验,利用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的有限元模型,以试验结果验证有限元模型的准确性。对组合柱的受力工作机理进行分析,重点研究其在轴向荷载作用下的受力过程、各组分分担内力比例和应力状态。结果 与空心圆钢管高强混凝土柱相比,未配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了6.37%、DI提高了6.64%、SI提高了3.59%,配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了13.31%、DI提高了8.12%、SI提高了5.68%。整个受力过程中,管柱混凝土和夹层混凝土承载的内力比例分别为36.2%~39.7%和29.0%~30.6%。结论 配置普通钢筋的试件具有更高的承载能力和延性能力;夹层混凝土和管柱混凝土在加载过程中为主要受力组分;钢筋在加载前期基本不承担内力,进入塑性强化阶段才开始发挥作用。

中空夹层钢管混凝土柱外钢管轴压局部失稳的简化计算模型

轴压作用下中空夹层钢管混凝土短柱的外钢管失稳临界应力计算公式还不够完善。分析认为,中空夹层钢管混凝土短柱的外钢管与实心钢管混凝土短柱的外钢管受力情况基本相同。因此,基于张耀春等的理论模型研究了中空夹层钢管混凝土短柱外钢管的局部失稳。构件夹层混凝土与外钢管条形单元相互作用模型取为文克尔弹性地基上的长梁模型,进而可以利用文克尔弹性地基梁理论计算外钢管的弯曲波长λ。根据实际工程中的钢管厚度t与圆柱构件横截面半径r之比远小于1∶t/r?1的情况,和外钢管失稳波长约为弯曲波长λ,简化了张耀春等模型中的理论推导。类比该模型,推导得出中空夹层钢管混凝土短柱外钢管局部失稳临界应力简化计算公式。该简化计算模型中局部失稳波长与其他学者的试验数据对比,平均误差为7.7%,临界应力计算值的相对误差值为2.7%,表明该简化计算公式可行,可以为工程实践提供参考。

声源音色辨识技术在钢管混凝土检测中的应用

在人耳识别的基础上,采集同尺寸,不同工况、类型的钢管混凝土锤击声,模拟人耳识别的原理提取音色特征值,进而准确识别钢管混凝土有无空洞缺陷。通过在钢管混凝土中提前植入空洞,采集信号且引入锤击声导纳,并与密实钢管混凝土的进行对比。结果表明,锤击声导纳中提取的mfcc10max特征值能很好地识别钢管混凝土中的空洞缺陷;当mfcc10max特征值大于-0.4,均值大于-0.23时,即可初步判定锤击位置存在空洞或脱空缺陷;密实钢管混凝土锤击声导纳中mfcc10max特征值小于-0.5,均值为-0.72。最后将此技术和指标应用在塔楼混凝土结构空洞检测中,结果证明该方法适用性较好。利用具体指标和数值对钢管混凝土中空洞识别进行定量化,提高了识别精度,为后续现场钢管混凝土结构中的空洞缺陷识别提供了强有力的基础。

中空夹层钢管混凝土构件轴压性能有限元分析

为探明中空夹层钢管混凝土(CFDST)构件轴压性能的影响因素,在已有钢管混凝土柱轴压试验基础上,构建数值分析模型,开展长径比、空心率、内钢管壁厚、夹层混凝土抗压强度等参数对中空夹层钢管混凝土构件轴压性能的影响规律的研究。研究结果表明:研究参数范围内,轴压极限承载力随内钢管壁厚、夹层混凝土强度的增大,空心率、长径比的减小而增大。内钢管壁厚增大1 mm,轴压极限承载力提高2.9%~3.7%,承载力增长系数增大约0.7%;混凝土强度从C40增加到C90,圆截面试件轴压承载力增大了68%;方截面试件轴压承载力增大了53%;空心率每增大0.1,轴压极限承载力降低3.4%~8.7%,承载力增长系数减小约5%;圆截面试件长径比从2.2增大到7.2,承载力下降了3%。方截面试件长径比从2.2增大到5.7,承载力下降10%。长径比对构件的极限承载力影响,明显低于空心率、内钢管壁厚和内填混凝土强度对构件极限承载力的影响程度。随着试件长径比的增加,试件承载力峰值有所下降,但其承载力达到峰值时的位移量不断增大,表明构件延性有所提高。随内填混凝土强度的提高,试件的承载力峰值和达到峰值时的位移都有所提高,说明增大内填混凝土强度在提高钢管混凝土承载力的同时还能改善试件的延性性能。

中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究中空夹层钢套铝管混凝土短柱的轴压性能,通过改变参数的方法对8根构件开展了轴压试验,构件中空率为0.38、0.51、0.78,混凝土强度为普通混凝土C30、轻质混凝土C30,内铝合金管壁厚为5 mm和3 mm;依据中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力公式,对约束效应系数进行修正,最终得出拟合性较好的中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压承载力计算公式。结果表明:构件的破坏形态为跨中部或端部发生鼓曲,其中外钢管向外鼓曲,核心混凝土被压碎,内铝合金管向内凹陷;中空率为0.78和0.51的构件较中空率为0.38的构件极限承载力分别提高29%、19%,普通混凝土构件的极限承载力相较于轻质混凝土构件提升60%;内管壁厚为5 mm的构件相较于内管壁厚为3 mm的构件承载力提高约2%;构件的承载力大小随着中空率的减小而增加,随着混凝土强度等级的增加而增加,随着内铝合金管壁厚的增加而增加。

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞性能研究

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞击性能有其自身特点,利用有限元软件ABAQUS建立考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件的侧向撞击模型,对比了不同初始几何缺陷组合下空心率范围为0.2~0.9构件的抗撞击性能;在此基础上讨论了初始几何缺陷对空心率为0.8构件撞击响应的影响,并对影响大空心率构件撞击响应的主要参数进行分析;最后基于参数分析结果和静态荷载作用下的荷载-局部压痕关系,给出大空心率中空夹层钢管混凝土构件在侧向撞击荷载作用下撞击力-局部变形简化预测公式。结果表明:与无几何缺陷构件相比,考虑初始几何缺陷时构件的撞击力平台值降低,局部变形增大,当空心率达到0.8时,几何缺陷的不利影响最显著,构件的撞击力平台值下降10.6%,跨中局部变形增大20.4%。提高名义含钢率和减小内钢管径厚比可有效减小初始几何缺陷对该类构件抗撞击性能的不利影响,而改变材料强度对该类构件抗撞性能影响相对较小。给出的简化计算公式可以较好地预测有无初始几何缺陷的大空心率构件在侧向撞击荷载下的撞击力-局部变形曲线。

装配式空心钢管混凝土支撑技术研究及应用

在“双碳”战略背景下提出一种新型装配式空心钢管混凝土支撑。为了研究其受力性能并将其应用于地下车站深基坑工程中,设计并加工2个足尺寸空心钢管混凝土支撑试件,完成轴压加载试验,2个支撑试件最后均发生了混凝土压碎破坏,同时得到试件承载力指标。采用ABAQUS有限元软件建立空心钢管混凝土支撑的数值模型,开展考虑材料非线性和几何非线性的有限元分析,所得数值分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。试验和有限元结果充分表明所提出的新型装配式空心钢管混凝土支撑满足常规工程设计要求,已成功应用于“汤马区间”2号风井工程,并与现浇钢筋混凝土支撑和装配式钢管支撑进行比较分析,结果表明该新型支撑可以显著降低碳排放量和经济成本。

不同火灾情景下钢壳混凝土结构温度传递规律研究

钢壳混凝土组合结构是一种重要的沉管隧道设计形式。研究防火板的布置及不同火灾工况下该沉管结构的温度传递规律,对开展运营期的钢壳混凝土沉管隧道火灾风险分析具有重要意义。以隧道火灾涉事车辆作为分类,根据沉管隧道钢壳混凝土结构建立三维有限元数值模型,模拟了小轿车、轻型车辆、巴士及重型货车火灾工况下有无防火板布置共12种情景下的钢壳混凝土结构温度传递情况。结果表明:对于钢壳混凝土组合结构,没有布置防火板情况下发生巴士火灾或更严重隧道火灾时,混凝土会达到建筑设计规范的防火极限,而布置有防火板时,结构温度场在各工况下均为安全。相关成果可为钢壳混凝土结构型沉管隧道的火灾风险分析研究提供参考。

基于数值分析的圆中空夹层钢管混凝土X型节点构件轴压及受弯性能分析

通过ABAQUS软件建立了圆中空夹层钢管混凝土X型节点构件在轴压作用下的数值分析模型,考虑了复杂接触、试件中空特性以及材料非线性等因素。利用10个圆中空夹层钢管混凝土X型节点构件轴压试验验证了轴压模型的准确性,并在轴压模型的基础上进行受弯性能研究。对圆中空夹层钢管混凝土X型节点开展了空心率影响分析,研究其在轴压作用下的破坏模式和纯弯作用下极限弯矩的变化。通过对比数值分析结果与试验结果,二者具有较好的一致性。研究结果表明,构件在轴压破坏模式主要分成3种,主管塑性破坏、内管塑性破坏和支管根部屈曲破坏;构件在纯弯作用下时,主管与支管尺寸相同,空心率越大极限弯矩越大;主管与支管尺寸不同,填充混凝土可以提高极限弯矩。

装配式中空夹层钢管混凝土构件节点有限元模拟研究

为研究基坑内支撑应用中空夹层钢管混凝土构件下的节点连接方法,设计了一种新型的节点结构形式。本文利用有限元软件建立节点的力学模型,并对其施加实际工程所受荷载,最后进行数值分析,以探究在实际工程应用下节点构件以及各部件的承载能力与变形幅度。结果表明:对节点施加中空夹层钢管混凝土构件极限承载力的情况下,变形最大位置为侧向钢板处,其变形数值达到容许值的86%;应力最大位置为中部钢板处,达到钢材屈服应力的90%,证明节点可以满足承载力的需求并晚于构件破坏。此种节点设计的研究成果可为中空夹层钢管混凝土构件在基坑内支撑中应用提供参考。

内衬管螺纹连接中空圆钢管混凝土的轴压性能实验

提出采用内衬管和螺纹连接方式连接长圆钢管混凝土。以螺纹的长度、深度和位置为基本参数设计12个内衬管螺纹连接中空圆钢管混凝土短柱,并进行轴压试验,分析不同参数对试件轴压承载力和刚度的影响。结果表明,试件的轴压力-纵向压缩量曲线可以划分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。内衬管螺纹连接试件的承载力和刚度与无连接试件或者焊接试件基本持平。在本文的研究参数范围内,端截面内衬管螺纹连接试件的承载力和刚度均高于中截面内衬管螺纹连接试件,试件的承载力和刚度随着螺纹长度与深度的增加而增大。依据理论计算结果与实验结果的对比,给出内衬管螺纹连接圆中空钢管混凝土轴压承载力计算方法的建议。

内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压性能分析

为提高空心钢筋混凝土柱的承载能力和延性,文中提出一种内衬钢管的方中空钢筋混凝土短柱。采用有限元软件建立该类柱的非线性有限元模型,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元建模方法的合理准确性,基于此进一步考察钢管壁厚和直径、截面边长、钢管屈服强度和混凝土抗压强度对组合柱轴压刚度、承载力以及延性的影响,并对典型试件进行受力全过程分析。结果表明内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压承载力及刚度随混凝土抗压强度的提高而增大,延性随钢管壁厚及直径的增加而增大。

往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。

方中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究

以空心率为变化参数 ,进行了 5个纯弯构件的试验研究 ,考察了方中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下的力学性能。然后在确定钢和混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,采用数值方法对方中空夹层钢管混凝土纯弯构件进行理论分析 ,分析结果和试验结果吻合较好。最后提供了构件抗弯承载力和抗弯刚度的简化计算公式 ,可供有关工程实践参考。

深圳彩虹大桥设计与研究

深圳彩虹大桥是一座由钢管混凝土拱、预应力钢 混凝土空心叠合板组合梁、钢管混凝土组合桥墩构成的全钢 混凝土组合结构桥梁 ,在国内外属于首座。主跨 1 50m ,跨越深圳火车北站 2 9股道。设计构思新颖 ,造型优美 ,结构轻巧 ,抗风、抗震性能好 ,结构体系有所创新。体现了桥梁建筑与美学及环境的统一 ,实现了桥梁建设“轻型大跨、预制装配、快速施工、关注环境”

实空心钢管混凝土轴压承载力的统一理论和公式

目前关于钢管混凝土轴压承载力的计算理论和方法很多,其中分别有针对实心或空心截面、圆形或方形及多边形的。按"统一理论"的思想,不论截面是实心或空心,圆形或多边形,它们的性质应该是统一且连续的,那么计算公式也应该是完全统一且连续的,而现有的计算方法多针对其中部分截面形式或有不连续的情况。基于此推论,本文在基于厚壁圆筒理论建立的圆形实空心钢管混凝土承载力统一计算公式的基础上,将其进一步扩展到多边形截面上,最终得到可以同时适用于实心和空心,圆形和多边形的轴压承载力统一计算公式。

钢管混凝土桁架新型节点试验研究

对6个圆形钢管节点板式节点和6个钢管混凝土节点板式节点进行了对比试验研究。试验结果表明:空钢管试件在达到极限荷载时,节点板下空钢管发生严重局部屈曲而丧失承载力;钢管混凝土节点则在节点板下只发生轻微局部屈曲现象,具有较高的承载力。相比之下,钢管混凝土的承载力明显高于空钢管的承载力,并具有更好的延性性能。在钢管混凝土桁架中采用节点板式节点可比相贯节点更加方便、可靠。

钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙抗震试验研究

为研究新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的抗震性能,设计制作了3片钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙和1片现浇钢筋混凝土剪力墙足尺试件进行静力往复加载试验,试验中考虑了3种不同的墙身厚度取值,以考察高厚比对剪力墙抗震能力的影响.通过试验,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其退化、滞回特性、耗能能力及破坏特征.建立了新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果吻合较好.研究表明:新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙结合了钢筋混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大与钢管混凝土边缘约束延性好的优势,其承载力、刚度和耗能能力较现浇钢筋混凝土剪力墙有所提高;在所试验的参数范围内,高厚比对剪力墙的力学性能影响不大.

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。