爆炸荷载作用下不锈钢管混凝土构件工作机理研究

本文进行不锈钢管混凝土构件在爆炸荷载作用下力学性能的试验研究,试验参数包括钢管截面形式(圆形、方形)、比例距离及有无填充混凝土。建立爆炸荷载作用下不锈钢管混凝土构件动态响应的有限元分析模型,模型计算结果得到试验结果的验证。基于验证的有限元计算模型,对比分析不同条件下不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土构件的破坏形态、动态响应和耗能规律。试验和有限元分析结果均表明:随着比例距离减小,构件的破坏程度由弹性变形到弯曲破坏或剪切破坏;混凝土的填充能够有效延缓钢管发生局部屈曲和破坏,构件的承载能力、变形能力和耗能能力得到有效提升,进而提高构件的抗爆性能。在近场爆炸范围内,不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土构件均出现三种可能的整体破坏形态,即弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏,另还伴随有较明显的局部破坏形态;在条件相同包括名义屈服强度相同的情况下,不锈钢管混凝土构件的抗爆性能优于相应普通钢管混凝土构件。

采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土柱的设计方法研究

为研究采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压性能,首先建立并验证其有限元模型,然后利用该模型创建典型算例数据库。基于算例数据库分析径厚比、名义屈服强度、混凝土强度等参数对其轴压性能的影响规律,并基于该有限元算例数据库验证现有圆钢管混凝土短柱设计方法的有效性。最后建议了采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力、轴压刚度和峰值应变的简化模型。简化计算结果和有限元计算结果吻合良好。

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用,以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象,首先,进行轴压试验,得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线,并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响;然后,初步讨论了倒角对强度和延性的影响,提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法;最后,基于试验结果以及已有文献数据,采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式,并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明:试件宽厚比由34.9降至20.9,极限承载力的提升率平均为98.5%,核心混凝土强度由C40提升至C60时,试件极限承载力的提升率平均为7.3%;短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加,约束效应系数ξ越大,短柱的承载力越高;本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.

方形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能有限元研究

不锈钢管混凝土(CFSST)结构在工程的应用愈发广泛,但目前对其轴压性能的研究较少。该文利用ABAQUS创建方形不锈钢管混凝土短柱(CFSSST)模型,并利用收集到试验结果对其进行验证。采用已被验证的模型进行参数分析,研究截面宽厚比和混凝土强度对其轴心受压性能的影响,并将参数分析轴压承载力结果与GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范EN 1994-1-1和美国钢结构规范AISC 360-16中钢管混凝土(CFST)短柱轴压承载力的计算值进行对比,结果表明:规范的计算值偏于保守。最后,基于GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出适用于CFSSST短柱轴压承载力的计算公式,收集到的试验结果与计算值吻合良好。

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(0.05、0.3和0.6)、内外管尺寸比(0.42和0.67)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载-位移骨架线的影响规律。研究结果表明:方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%~20%。

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能研究

为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力性能,在试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立合理的有限元模型,并进行不同混凝土强度和约束效应系数参数化分析及不锈钢管和核心混凝土的轴力分配研究。结果表明:壁厚相同时,CFSST短柱的极限荷载增大幅度由大到小为:30 MPa增加到40 MPa,50 MPa增加到60 MPa,40 MPa增加到50 MPa;混凝土强度相同时,壁厚越大,CFSST短柱极限承载力的增大幅度越小;与普通钢管混凝土不同的是,当ξss<1.2时,荷载-轴向位移曲线达到峰值点短暂下降后又继续趋于向上;不锈钢管和核心混凝土的轴力分配情况分为3类:当ξss<ξ1时,混凝土始终大于不锈钢管承担的轴向荷载;当ξss>ξ2时,与之相反;当ξ1<ξss<ξ2时,混凝土和不锈钢管先后大于对方所承担的轴力,且相差较小。

矩形不锈钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对7组不同截面尺寸的矩形不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到了不同试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、荷载-长宽比曲线,分析了矩形截面长宽比对试件承载力的影响.研究结果表明:矩形不锈钢管混凝土短柱在轴向压力作用下,其典型破坏模式为试件局部向外屈曲破坏;在相同长宽比的情况下,壁厚由4 mm增加到6 mm时,试件承载力增加25%~57%;在相同壁厚的情况下,长宽比由1增加到2,试件承载力减小22%~30%;将本文试验数据与国内外普通碳钢钢管混凝土柱的相关规范和标准的计算结果进行对比分析,发现不锈钢管混凝土短柱轴压承载力较相同截面的普通碳钢钢管混凝土短柱承载力平均高出14%;通过数值拟合得到了轴压承载力计算公式,该计算公式能较好地预测矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力.

圆不锈钢管混凝土轴压力学性能的有限元分析

在确定了不锈钢与核心混凝土的材料本构模型、单元类型以及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了圆不锈钢管混凝土轴压构件的有限元模型.算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好.利用有限元模型,比较了不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系曲线.

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,通过拟合得到的圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,与国内外主要规范的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明:圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。

复式不锈钢管混凝土轴压试验研究

钢管混凝土在实际工程中已得到广泛应用,但普通碳素钢在极端环境中的应用存在局限性。不锈钢管混凝土既有类似于普通钢管混凝土的力学性能,又能在特定环境下起到耐腐蚀作用,在特殊工程中应用前景广阔。对一系列不同内钢管厚度和强度的复式不锈钢管混凝土轴压试验,结果表明应变达到0.07时,仍能够保持80%以上的峰值承载力,具有很好的延性;内钢管厚度的增加对极限轴向承载力的下降起到了明显减缓作用,但对其影响有限;提高内钢管厚度和强度均能显著提高试件的压缩刚度;现行规范能对复式不锈钢管混凝土轴压承载力进行较为准确的估计。

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了4个圆端形不锈钢管(concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST)和2个圆端形普通钢管(concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT)混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验.分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等.试验结果表明:圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低.给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.

冻融循环作用后不锈钢管混凝土短柱性能研究

为研究冻融作用对不锈钢管混凝土结构的影响,以不锈钢管截面类型及冻融循环次数为参数对冻融循环作用后不锈钢管混凝土短柱的力学性能进行了试验研究。研究表明:冻融作用对不锈钢管混凝土短柱的力学性能如极限承载力、位移延性以及约束系数等有重大的影响,主要表现为在冻融循环后,不锈钢方管混凝土短柱极限承载力及约束系数随着冻融次数增加而减小,而不锈钢圆管混凝土短柱的极限承载力及约束系数随着冻融次数的增加而变大;此外,在实验范围内,不锈钢方管混凝土短柱的延性随着冻融次数的增大先减小后增大,而圆不锈钢管混凝的延性相对于冻融次数而言较为离散。相比之下,圆不锈钢管混凝土相对于方不锈钢管混凝土而言具有更好的抗冻性、更高的承载能力以及更好的约束性能,因此,在实际工程应用中,圆不锈钢管混凝土构件可优先被考虑作为承载构件。

不锈钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对9根奥氏体型和9根双相型不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,测得了短柱在轴压作用下的极限荷载、纵向应变和环向应变等,重点考察了钢管壁厚和混凝土强度对短柱承载性能的影响,并参考普通钢管混凝土设计规程欧洲规程(Eurocode 4)、美国规程(ACI 318-99)、日本规程(AIJ-CFT),我国相关规程DBJ 13-51―2003、DL/T5085―1999和CECS 28:2012计算了不锈钢管混凝土短柱的承载力并进行对比分析。结果表明,不锈钢管混凝土轴压短柱在核心混凝土强度等级相同的情况下,构件承载力随钢管壁厚的增加而增大,混凝土强度对其有影响。6种规程在计算不锈钢管混凝土短柱承载力时偏于安全,其中CECS 28:2012更接近试验结果,该文成果对不锈钢管混凝土短柱承载力的设计有一定的参考意义。

圆不锈钢管混凝土轴压短柱三维有限元分析

首先通过四分之一圆片模型来模拟圆不锈钢管混凝土轴压短柱。在验证了建模可靠性的基础上,对Lam和Gardner的不锈钢管混凝土短柱轴压试验进行了模拟。计算结果表明有限元计算结果和试验结果总体上吻合良好。在此基础上,利用该有限元模型对采用不同径厚比、不同混凝土强度等级的圆不锈钢管混凝土的轴向应力-应变关系进行分析。结果表明:在保持相同混凝土强度等级的情况下,径厚比越小,不锈钢管对核心混凝土的约束效应越好,核心混凝土强度提高越大;在不锈钢管围压与核心混凝土强度比值保持不变的情况下,混凝土强度等级越高,延性越差。

矩形不锈钢管混凝土柱双向偏压力学性能试验研究

完成了14根矩形不锈钢管混凝土柱在双向偏压下的试验研究,试验考察的主要参数为:荷载偏心率、混凝土强度和试件长度。试验结果表明:在双向偏心受压荷载作用下,矩形不锈钢管混凝土柱具有良好的延性;荷载偏心率、混凝土强度和试件长度对矩形不锈钢管混凝土双向偏压试件的承载力和延性都有着明显的影响,跨中截面的应变变化符合平截面假定。采用现有《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ/T 13—51—2010)中的钢管混凝土双向压弯相关方程对试验构件的极限承载力进行了计算,其结果和试验值吻合较好。

内嵌十字型钢的方形劲性不锈钢管混凝土柱耐火性能

通过在不锈钢管混凝土柱中内嵌型钢组成劲性不锈钢管混凝土柱,在降低不锈钢用量的同时使柱体具有更优的延性和耐火性能。采用有限元模拟的方法对内嵌十字型钢的方形劲性不锈钢管混凝土柱的耐火性能开展研究。首先建立火灾下方形劲性不锈钢管混凝土柱耐火性能分析的有限元模型,并采用相关试验的温度场及耐火性能数据对其进行充分验证;基于验证的有限元模型,对不同荷载比作用下一典型劲性不锈钢管混凝土柱的温度历史、轴向位移-时间关系、典型破坏模态和截面内力重分布等开展分析,明确其火灾下的工作机理;同时与等含钢率的不锈钢管混凝土柱开展对比分析。结果表明:内嵌型钢有助于提高高温下柱体的轴向、侧向刚度,劲性不锈钢管混凝土柱的破坏模态表现为轴向压缩破坏;在低火灾荷载比下,由于型钢分担部分从不锈钢转移的荷载,允许不锈钢发生更高的温度材性劣化,进而提高了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,该提升效果越显著。

不锈钢管混凝土研究及应用

不锈钢管混凝土作为一种新型材料正日益凸显其自身组合材料的优势,以满足目前实际工程中复杂的环境条件与特殊的工程需求.本文简要说明了不锈钢管混凝土兼具不锈钢和钢管混凝土的材料特点,介绍了在建筑和桥梁结构中成功应用的实例,并总结了当前的研究现状与趋势.结论表明:随着对材料性能研究的不断深入,不锈钢管混凝土在实际工程领域势必具有更加广阔的应用前景.

圆不锈钢管混凝土曲杆受压力学性能研究

制作了12根不锈钢管混凝土曲杆和3根不锈钢管混凝土直杆、1根空不锈钢管曲杆对比试件,对曲杆进行两端中心受压试验,对直杆进行偏心受压试验.试验的主要参数是名义长细比(λn=24、48和72)和初始弯曲度(u0=0~140mm).试验结果表明,随着试件名义长细比和初始弯曲度的增大,不锈钢管混凝土曲杆的初始刚度减小,极限承载力也随之降低;不锈钢管混凝土曲杆与不锈钢管混凝土偏压直杆的受力性能及破坏形态总体上类似,其承载力和刚度均略高于相应的偏压直杆.基于有限元分析软件ABAQUS建立了数值模型,对不锈钢管混凝土曲杆受力特性进行分析,有限元分析结果和试验结果吻合良好.在此基础上,对不锈钢管混凝土曲杆受压承载力进行了参数分析,结果表明,不锈钢管混凝土曲杆承载力较相应的偏压直杆提高均在5%以内,采用现有规范中计算普通钢管混凝土压弯构件承载力的方法计算不锈钢管混凝土曲杆受压承载力偏于保守.

不锈钢管混凝土轴压短柱承载性能研究综述

钢管混凝土柱因其具有承载力高、塑性好、稳定性强、施工方便等优点,在实际工程中得到了广泛的应用。而不锈钢管混凝土结构由钢管混凝土结构发展而来,兼有不锈钢材料和普通钢管混凝土的优点,具有良好的力学性能和耐久性能,在海洋环境、腐蚀环境等对耐久性和美观性要求较高的建筑结构中具有较好的应用前景。文章回顾了对普通钢管混凝土轴压短柱的研究,对不锈钢管混凝土轴压短柱的研究进行了调查和分析,在此基础上对不锈钢管混凝土柱的进一步研究工作进行了探讨和展望。

长期荷载作用下不锈钢管混凝土轴压柱力学性能的有限元分析

基于有限元法建立了在长期荷载作用下不锈钢管混凝土轴压柱的分析模型,计算结果与试验结果进行了验证,同时对是否考虑长期荷载影响的轴压柱的荷载-变形曲线以及构件材料的相互作用力等进行了对比分析。通过分析发现:长期荷载作用下不锈钢混凝土轴压柱的承载力提高且对应的轴向位移增大,同时延缓了钢管与核心混凝土之间的相互作用。