Dynamic Response of RPC-Filled Steel Tubular Columns with High Load Carrying Capacity Under Axial Impact Loading

Experimental investigation into impact-resistant behavior of reactive powder concrete (RPC)-filled steel tubular columns was conducted,and dynamic response of the columns under axial impact loading was studied by means of numerical simulation method.Increase coefficient of load carrying capacity and ratio of load carrying capacity between steel tube and RPC core of col-umns were obtained.

Seismic behavior experimental study of frame joints with special-shaped column and dispersed steel bar beam

To overcome the problem that steel bars are put too close at a flame joint with special-shaped beam and column,mechanical performance of three groups of six RC flame joints with special-shaped(L,T and+)column and dispersed-steel bars-beam on the top floor under cyclic loads were studied.Experimental comparison was conducted between special-shaped(L,T and+)column and normal beams.The cracking load,yielding load,ultimate bearing capacity,failure patterns,and hysteretic properties at joint core area were investigated.The seismic behaviors of the joints with different proportions of dispersed-steelbar beams were analyzed.The results of experimental analysis indicate that the mechanical and seismic behaviors of frame joints with T-shaped and+-shaped column are nearly not changed when suitable proportion steel bars are dispersed to flange plane.Stiffness degeneration of flame joint with L-shaped column is rather serious due to concrete damage stiffness.Theoretical result indicates that distributing area of the dispersed steel-bar beams in the flange plate should be strictly controlled to avoid anchor destroy.

T型钢连接方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能分析

目的为了研究单边螺栓和T型钢连接的方钢管柱-H型钢梁节点的抗震特性,方法采用室内试验和数值模拟分析方法,对1∶2缩尺的边节点进行拟静力试验,并通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,综合分析边节点的滞回特性、承载力、刚度与耗能等力学特性。有限元分析变量为T型钢加肋、梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式。结果试验中,节点试件中连接件T型钢参与耗能且其变形最明显,梁、柱构件变形较小。塑性铰主要集中在连接构件T型钢上,T型钢腹板与翼缘交接处出现应力集中状态。试验弹性阶段,节点构件共同抵抗外部作用力。进入塑性阶段,节点损伤逐渐累积至T型钢,使T型钢最终产生塑性破坏而失效。有限元模拟中,T型钢加肋的形式对节点整体承载力影响最大,其中加3号肋的形式使节点承载力的增长量达到最大;梁翼缘狗骨式的形式对节点整体耗能能力影响最大,为44.01%。结论在T型钢上加肋板对节点的承载力和刚度提升较明显,对耗能能力影响不大;梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式均能提高节点的耗能能力,节点承载力和刚度基本不变;梁翼缘做狗骨式对节点抗震性能影响最显著。

爆炸荷载下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的动力响应数值模拟

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出了一种新型预制节段拼装双层钢管混凝土(PS-CFDST)组合墩柱.基于非线性显式动力分析程序LS-DYNA建立了新型PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下动力响应分析的精细有限元模型,并通过已有试验结果验证了模型的准确性.对爆炸荷载作用下PS-CFDST墩柱的动力响应进行数值模拟分析,研究了PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下的破坏过程、损伤机理和耗能机制.运用参数化分析方法,研究了爆炸距离、节段数量和预应力水平等关键参数对PS-CFDST墩柱动力响应的影响,并在此基础上提出了PS-CFDST墩柱的抗爆设计建议.结果表明:PS-CFDST墩柱除通过材料塑性损伤耗能之外,节段接缝界面滑移耗能机制对耗能贡献可达40%以上;增大墩柱可接近距离是提升墩柱抗爆安全性的有效手段,增大预应力有利于减小柱中最大水平位移和墩底剪切滑移,从而提升PS-CFDST墩柱的抗爆性能.

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

钢结构梁柱加固节点框架损伤演化过程数值模拟分析

为研究不同因素对钢结构梁柱加固节点框架演化过程损伤的影响,选择4个钢结构梁柱加固节点框架试件作为实验对象,在其他条件不变基础上,改变试件轴压比、钢盖板厚度以及混凝土强度,用ABAQUS软件对钢结构梁柱加固节点框架进行模拟,观察损伤演化过程的应力云图情况,并对屈服位移与峰值位移进行统计。结果表明:轴压比以及钢盖板厚度对受力性能影响不大,混凝土强度对受力性能影响较大,并且随着混凝土强度的增加,钢结构梁柱加固节点框架的承载力也在增加,在节点框架设计时,应适当增加混凝土强度,提高节点框架承载力。

钢管混凝土扁柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

为避免钢框架结构中梁柱节点凸出墙体,文章提出一种钢管混凝土扁柱与钢梁节点,采用ABAQUS有限元模拟软件建立4个不同连接位置的钢管混凝土扁柱-钢梁节点的有限元模型,分析节点在低周往复荷载下的破坏模式和抗震性能;结果表明,所提出的节点构造可以实现梁柱刚性连接,所有节点均发生梁铰破坏,抗震性能和耗能能力良好。进一步研究轴压比、竖向隔板厚度和连接构造对节点抗震性能的影响规律,结果表明:随着轴压比的提高,柱端峰值承载力随之下降;减小柱内竖向内隔板的厚度会导致柱端承载力的降低;将盖板连接改为竖向加劲肋连接后,能有效缓解节点处柱壁的应力集中现象。

新型装配式软钢阻尼器梁柱节点的抗震性能及其时程分析研究

本文研究的是一种软钢阻尼器梁柱节点,并根据有无软钢阻尼器模拟的框架结构,在不同的地震波进行时程分析,为该节点的设计和建筑施工提供参考。利用ABAQUS有限元软件的数值模拟,对有无软钢阻尼器两种节点建模分析,从两种节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化等抗震性能进行定量分析。结果表明有阻尼器的节点各力学性能均强于无阻尼器的节点,并且在有控情况下可以显著消耗建筑结构的地震能量,减小地震反应。因此本节点在有控情况下有利于装配结构在高烈度地区的推广使用,可以有效提高装配式结构的抗震性能,为装配式建筑施工在实际应用中提供参考。

带肋方钢管混凝土轴压短柱承载性能有限元分析

带肋方钢管混凝土是一种具有卓越性能被广泛应用的结构材料。使用ABAQUS有限元软件,对方钢管混凝土短柱进行了有限元分析,得出了方钢管混凝土短柱在轴向压力下的荷载-位移全过程关系曲线。增加加劲肋的设计,可以有效提高方钢管混凝土短柱的承载能力;随着加劲肋个数和钢管厚度的增加,构件的极限承载力也得到了提高。

新型方钢管混凝土柱轴压力学性能试验研究

研发了一种旨在提升核心混凝土约束作用和整体承载能力的新型方钢管混凝土柱,并以抗剪钉、拉板、加劲肋等不同构造为试验参数,系统进行了多个试件的轴压试验。试验结果表明:新型方钢管混凝土柱的破坏模式为屈曲破坏,方钢管破坏区域产生局部鼓曲,最终混凝土压溃。采用ABAQUS有限元分析软件建立了4根新型方钢管混凝土柱的数值分析模型,对其在轴向压力作用下的承载力进行精细化模拟,结果表明:有限元分析得到的柱破坏形态和荷载-位移关系曲线均与试验结果吻合较好。建立了该新型方钢管混凝土柱的极限承载力表达式,理论分析结果精确度较好。对相关影响参数进行分析可知,设置加劲肋可显著提升新型方钢管混凝土柱的轴压承载力,而设置拉板和抗剪钉与否对其轴压承载力影响不显著。

地下空间斜柱受力置换过程的监测及数值模拟

由于斜柱整体较长、自重大且受施工条件的限制,项目施工采用分批分级的临时支撑体系到斜柱结构体系的受力置换施工方法。为保证置换过程中斜柱的受力安全,运用自行搭建的斜柱置换监测平台对12和13轴斜柱在置换过程中的斜柱轴力、斜柱内型钢应变和钢筋应力进行实时监测。采用ABAQUS有限元软件模拟分析了置换作用下型钢和钢筋的应力变化,并将模拟值与监测值进行了对比分析。结果表明:12和13轴斜柱在置换过程中的轴力变量均较小;斜柱的型钢应变变量最大不超过26.99×10^(-6),钢筋应力变量最大不超过4.75 MPa;各部件应力均在较小的范围内波动且数值较小,有限元模拟计算值与监测值的变化趋势基本一致,且两者数值相差较小,表明所建立的斜柱有限元模型能较好的反映置换过程中斜柱的受力变化。

冲击荷载作用下钢管再生混凝土柱损伤评估分析

为研究钢管再生混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤,进行了16根钢管再生混凝土柱的落锤冲击试验。在试验的基础上建立了钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析不同冲击速度、冲击质量、截面含钢率对钢管再生混凝土柱损伤程度的影响。通过控制冲击质量与冲击速度,基于损伤因子d_(s)和弹塑性转角θ,划分损伤评估等级,拟合钢管再生混凝土柱损伤评估曲线。结果表明:建立的有限元模型能很好地吻合落锤冲击试验的结果,最大误差不超过10%;冲击过程中跨中挠度峰值出现时间远远滞后于冲击力峰值出现的时间,冲量是动量的1.23倍;随着冲击速度的增加,跨中挠度呈抛物线形的增长趋势,冲击质量增加对冲击力峰值影响较小,但对跨中挠度有较大影响,随着截面含钢率的增加,构件的耗能几乎稳定在90%附近;从损伤曲线图可以快速判断钢管再生混凝土柱的整体损伤情况及局部损伤情况。

L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能研究

为研究L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能,建立了42个不同荷载比、钢材屈服强度、柱肢宽度和混凝土抗压强度的有限元模型,并进行火灾模拟分析。结果表明:模型的测点温度和轴向位移的模拟值与试验值误差较小,模型具有可靠性,可用于异形多腔钢管混凝土柱的抗火性能模拟;荷载比的减小、钢材强度的减小、混凝土强度的增大和柱肢宽度的增大有利于构件耐火极限的提高;提出了L形多腔方钢管混凝土柱的耐火极限计算式并验证了其准确性,为此类构件在装配式住宅的工程应用中提供了抗火设计依据。

铁路沿线接触网钢立柱涂层劣化分析及仿真模拟

[目的]铁路沿线接触网钢立柱涂层劣化问题是安全隐患之一。[方法]通过手持显微镜、能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)等手段对接触网立柱涂层掉块进行分析,并通过建立接触网钢结构的有限元模型,对接触网支座及立柱进行应力应变分析。[结果]计算得出接触网支柱下支座最大应变为4.499%。涂层掉块内表面存在较多絮状腐蚀产物,外部却没有铁的氧化物生成。[结论]铁路沿线接触网支柱上端涂层易发生开裂、掉块问题主要是由于接触网钢立柱最上方应变较大,且大气环境中存在腐蚀性化合物。

独柱型钢索塔施工阶段稳定性分析

为探明并验证斜拉桥独柱型钢索塔在施工阶段的结构稳定及极限承载性能,指导设计和施工,以上坝夹江大桥钢索塔为工程背景,基于有限元方法,研究主桥在施工阶段的弹性与弹塑性稳定性能。采用杆系模型对结构整体稳定进行分析,采用多尺度模型对结构局部稳定进行分析并验证整体稳定,对裸塔工况、最大双悬臂工况和最大单悬臂工况进行分析。通过弹性稳定分析得到结构主要失稳模态,通过弹塑性稳定分析,得到结构塑性铰连续形成历程,明确结构极限承载力以及破坏位置。结果表明:对比分析恒载和风荷载对独柱型钢索塔稳定性的影响程度,表明恒载是决定稳定系数的最主要因素,风荷载对钢索塔施工阶段弹性稳定系数影响很小,对弹塑性稳定系数影响较大;随着施工进展,结构整体的弹性稳定性和弹塑性稳定性逐渐下降,弹性稳定系数由18.5降至16.3,弹塑性稳定系数由3.03降至2.57;独柱型钢索塔的最终破坏形态为主塔中下塔柱区域范围大面积达到屈服强度,形成塑性铰,索塔的承载能力急剧下降,结构已失去承载能力,可能破坏的位置为中下塔柱位置;本研究独柱型钢索塔在施工阶段的弹性稳定系数最小为16.34,弹塑性稳定系数最小为2.57,均满足稳定性要求。

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明:混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。

矩形管薄壁型钢混凝土柱力学性能研究

在“库架合一”结构体系的应用背景下,进行了8根矩形管薄壁型钢混凝土柱的轴心受压试验,得到了柱试件的极限承载力、竖向荷载-位移曲线、跨中挠度曲线。在此基础上总结了柱子的破坏模式,分析结果表明,该柱破坏模式主要为截面极限承载力破坏,不同抗剪螺杆布置方式会导致不同的破坏模式。利用有限元计算方法对其破坏模式和荷载-位移曲线进行了分析,分析结果与试验结果吻合。进一步应力分析发现:抗剪螺杆变量下极限承载力出现差异的原因是不同抗剪螺杆布置导致混凝土发生不同形式的破坏,从而不同程度上削弱了混凝土的承载力。在综合对比各国设计规范基础上,给出了该类柱的轴向抗压承载力实用计算方法。

钢管混凝土组合短柱轴心受压有限元参数化分析

为了研究不同参数对组合短柱在轴心受压作用下的力学性能影响,采用ABAQUS数值模拟软件对钢管混凝土柱进行了参数化分析,研究的主要影响因素包括钢管径厚比、钢管屈服强度等级、混凝土强度等级、混凝土泊松比、组合柱截面形状、钢管外壁四周围压。根据数值模拟结果,总结不同参数对组合短柱力学性能的影响规律,为今后钢管混凝土组合柱的研究及工程实践提供参考。

考虑锈蚀影响的型钢混凝土中长柱的数值模拟研究

氯盐腐蚀导致型钢混凝土中长柱腐蚀的问题日益突出。通过ABAQUS有限元软件建立考虑腐蚀影响的型钢混凝土中长柱数值分析模型,并与试验结果相比较验证了模型的准确性,建立了锈蚀型钢与混凝土之间的粘结滑移本构关系,讨论了长细比与锈蚀率对轴心受压下型钢混凝土中长柱粘结应力的影响,对比了Spring2弹簧单元与罚摩擦两种粘结滑移模拟方法。

上盖开发混合结构钢柱-钢筋混凝土柱连接节点研究

车辆段上盖开发中利用上钢下混凝土混合结构可有效减小结构自重从而减小结构地震作用,使结构更加经济合理。但此种结构的连接节点尚无成熟的规范图集供参考,尚待研究后方可应用于实际工程。本文对北京地铁张家湾车辆段上钢下混凝土混合结构的钢柱与钢筋混凝土柱的连接节点进行了研究,并对其在正常使用工况和地震工况的受力性能进行了数值模拟。通过分析表明本文所研究的钢柱与钢筋混凝土柱连接节点受力合理、性能可靠。可为类似结构的此类节点设计提供参考。