内置工字钢骨方钢管混凝土自由扭转刚度计算与FEM验证

根据Saint-Venant扭转理论和板—梁理论,建立内置工字钢骨方钢管混凝土自由扭转的位移场、应变场及应变能计算公式;根据最小应变能原理,确定纵向位移的待定系数,获得内置工字钢骨方钢管混凝土自由扭转刚度的解析解。应用ANSYS验证理论公式的正确性,对内置工字钢骨方钢管混凝土自由扭转刚度进行扩展参数分析,包括钢骨类型、含钢率、混凝土强度等级对自由扭转刚度的影响。基于叠加法,给出内置工字钢骨方钢管混凝土自由扭转刚度简化设计公式。结果表明:有限元模拟结果良好,且最大误差不超过5.0%,验证自由扭转刚度解析解的正确性;自由扭转刚度随含钢率、混凝土强度的增大而增大;自由扭转刚度简化设计公式形式简单,易于理解,计算精度基本满足工程设计的要求。

内置T形钢骨-T形钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究钢骨-异形钢管混凝土短柱轴压性能,对9个内置T形钢骨的T形钢管混凝土短柱和3个未配置钢骨的T形钢管混凝土短柱进行了轴压试验研究,考察了试件破坏模式,分析了荷载-钢管应变、荷载-钢骨应变、荷载-平均纵向应变等相关曲线的变化过程,探讨了含钢率、套箍指数和配骨率等参数对试件承载力的影响。结果表明:所有试件在轴心受压下的破坏模式均为局部屈曲破坏;在保持其他因素不变的情况下,随着配骨率由0增加到39.1%、58.6%和69.9%,试件极限承载力分别提高了42.9%、56.5%和67.2%;随着套箍指数的增长率由24.5%增加到62.8%,试件极限承载能力分别提高了5.4%和11.1%,但随着钢骨和钢管厚度的增加,其对试件极限承载能力的增强效果逐渐减弱。基于试验研究和参数分析,提出了内置T形钢骨-T形钢管混凝土短柱极限承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。

内置方钢管高强再生混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为研究内置方钢管高强再生混凝土柱的轴压性能,使用ABAQUS软件对现有试验的2个试件进行建模分析,验证了模型的准确性,并在可靠的模型基础上进行了13个试件的参数分析,变化参数为方钢管厚度、方钢管强度和长细比。结果表明:所建立的有限元模型出现了与试验结果一致的纵筋屈曲和钢管撕裂变形,荷载–轴向位移曲线高度一致,极限承载力平均误差在5%以内;钢管厚度的提高对轴压承载力和刚度影响不大,钢管屈服强度的提高对轴压承载力和残余承载力提升较大;随着长细比的增大,叠合柱的轴压刚度和极限承载力出现明显退化,拟合了轴压稳定系数与长细比之间的数值计算方法,可供叠合柱设计参考。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算初探

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的承载力.方法进行了12根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱和6根普通方钢管高强混凝土轴压短柱的试验研究和理论分析,探讨了与试件的含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率之间的关系以及它们对承载力的影响.结果承载力随着含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率的增大而提高,回归得到了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的承载力计算初探公式.结论承载力计算公式的理论计算结果与试验结果吻合良好,证明了提出的计算公式的正确性.

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土中长柱轴压性能试验

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的可行性和必要性,并指出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土应用于建筑物的竖向承重构件中所具有的优越性.方法通过对7根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和5根方钢管高强混凝土柱承载力的对比试验,探讨了在相同宽度厚度比的情况下,3种CFRP层数和5种长细比对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱承载力的影响.结果CFRP圆管对构件的承载力的有显著提高,内置一层CFRP管承载力增长5%左右,二层增加12%左右;随着长细比的增加,内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土构件承载力有减小的趋势.结论通过对应变曲线的分析得出宽厚比和CFRP参数的最优组合为2层.

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土偏压短柱试验

目的研究内置CFRP圆管的方钢管钢管高强混凝土试件受力特点,解决方钢管混凝土构件在实际工程中的缺陷问题.方法利用PVC管为模管缠制CFRP圆管后,将其内置于方钢管之中并浇筑高强混凝土,待养护期后在500 N压力机上进行偏压试验并对所得试验结果进行计算分析.绘制了荷载-应变等曲线分析了组合材料的协同工作性能;总结偏压荷载作用下组合材料泊松比的变化规律.结果偏心率越大,试件承载力越小.平均偏心率增加7.5%,试件承载力下降20%;含钢率越大试件承载力越大,平均钢管增厚1 mm,试件承载力增加13.6%;CFRP平均增加一层,试件承载力提高约10%.此种新型组合试件同普通钢管混凝土试件相同存在大小偏压,其界限偏心率为0.3.结论CFRP材料强度很高但延性较差.可见该组合试件较好的符合平截面假定.同一偏心率的构件在各级荷载作用下,其中和轴位置基本在同一个微小范围内向加载一侧移动,而且随着偏心率的增大,中和轴位置不断靠近受压一侧.

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载-变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析。结果表明:在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承载力影响更为显著。

内置CFRP圆管方钢管高强混凝土纯弯构件力学性能的试验

目的了解内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件的静力性能，研究不同CFRP配置率和含钢率对纯弯构件的承载能力的影响．方法对5个内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件和3个方钢管高强混凝土纯弯构件进行静力试验，分析试验结果，绘制荷载-跨中挠度曲线，钢管碳纤维P-ε曲线．结果受弯构件内置了CFRP圆管约束内部核心混凝土后，有效地改善了该构件的力学性能（承载力提高率可提高10％左右、延性提高5％-12％）；试件的荷载跨中挠度全过程曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化段．结论内置CFRP圆管可有效地改善方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能．

方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点有限元分析

通过对未设内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁一般狗骨式节点有限元分析,提出方钢管混凝土柱-钢梁翼缘加强型狗骨式节点,并采用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点进行非线性有限元分析。分析在低周反复荷载作用下,方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点的抗震性能。结果表明:翼缘加强型狗骨式节点具有良好的延性和耗能能力,翼缘的加强使节点初始刚度增加明显。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱极限承载力研究

根据内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土等效为内置CFRP圆管的圆钢管高强混凝土。进而,在统一强度理论的基础上,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压构件的强度承载力。通过引入整体稳定系数,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的稳定极限承载力公式。将该公式的计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该理论公式是正确可行的。理论公式以期能为工程应用提供帮助。

轴心受压方钢管-钢骨高强混凝土组合柱力学性能研究

通过对不同形式的方钢管-钢骨高强混凝土组合柱的轴压力学性能进行有限元分析。研究了混凝土强度、钢管强度、钢骨强度、含骨率、宽厚比等因素对方钢管-钢骨高强混凝土组合柱受力性能的影响。有限元分析结果表明,方钢管、混凝土和钢骨之间良好的共同工作性能使方钢管-钢骨高强混凝土组合柱具有较高的承载力。提高混凝土的强度可以有效地提高方钢管-钢骨高强混凝土组合柱的承载力,但会使其延性下降。其中方钢管的强度和含骨率是影响方钢管-钢骨高强混凝土组合柱承载力的主要因素,同时宽厚比对方钢管-钢骨高强混凝土组合柱的延性有较大的影响。

钢骨—方钢管混凝土柱偏压受力性能的有限元分析

基于15根方钢管混凝土柱偏压受力试验,用ANSYS软件对试验结果进行对比分析,当两者吻合较好的情况下,在组合柱中心设置十字形钢骨,进一步扩大试验参数范围,并根据试验和数值模拟结果对钢骨—方钢管混凝土柱在不同钢管宽厚比和套箍系数影响下的偏压受力性能做出了推论,以供参考。

CFRP-方钢管高强混凝土中长柱的轴压性能

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的受力全过程,得出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的工作机理和静力性能,为更进一步的研究奠定基础.方法在6根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱试验的基础上,比较分析了6种构件不同的破坏形态、荷载—纵向应变曲线、荷载—横向应变曲线以及各种因素对承载力的影响.结果在加载过程中,对比于同等尺寸的普通方钢管高强混凝土构件,构件的弹性段明显增加,构件的破坏形态均为失稳破坏,达到极限承载力后,构件的承载力有反弹.结论CFRP的存在有效地延缓和抑制了高强混凝土中剪切斜裂缝的产生,使方钢管的约束作用得到充分发挥,内置CFRP圆管轴压中长柱的极限承载能力相比于普通方钢管高强混凝土轴压中长柱有了显著的提高.

贯通钢板式方钢管混凝土柱工字钢梁节点破坏机理研究

介绍了一种新型方钢管混凝土柱工字钢梁节点,该节点在节点域设置两块竖向钢板,贯通方钢管混凝土柱,并和工字钢梁上下翼缘焊接。利用大型有限元软件ANSYS,对3个全焊梁柱节点算例进行了计算分析,得到了节点的荷载-位移曲线,并对其破坏机理进行了分析。分析结果表明:随着贯通钢板外伸段长度的增加,节点承载力和节点刚度都有相应的提高。合理地选择贯通钢板外伸段的长度值,可以有效地将梁端塑性铰外移,保证了节点的安全,实现了"强柱弱梁、节点更强"的设计原则。最后提出了设计建议,供设计参考。

内置钢板抗剪连接件方钢管混凝土柱推出试验

为了定量化研究带抗剪连接件方钢管混凝土界面的抗剪承载力,设计了10个内壁设置抗剪连接件的方钢管混凝土试件,并进行推出试验,其中9个为钢板条连接件试件,1个为钢筋条连接件对比试件.试验设计参数包括钢管壁厚（宽厚比）、抗剪连接件厚度、抗剪连接件层数、抗剪连接件层间间距及抗剪连接件种类.研究结果表明：钢管宽厚比的降低、连接件厚度的增大均能有效地提高极限承载力及初始刚度;双层连接件试件的极限承载力高于单层连接件试件,极限承载力提高程度与钢板条间距有较大关系;在相等用钢量的情况下,相同层数的钢筋条试件相比较钢板条试件,极限承载力提高了87%,且延性较好;提出的计算方法所得的理论计算值与试验结果较为相符.

圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能分析

对圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点和常规节点进行了循环加载试验,对比研究了圆弧扩大头狗骨隔板对方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能的影响,对节点试验试件进行了基于结构钢椭球面断裂模型和屈服模型的强震灾变分析。结果表明,隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点起裂于梁腹板工艺孔处,节点域核心区混凝土形成"斜压短柱"效应,直至节点破坏时,核心混凝土未发生压碎或拉裂破坏。常规节点脆断于几何变化剧烈、应力高度集中的梁翼缘对接焊缝边缘,节点塑性转角约为0.016 rad。圆弧扩大头狗骨隔板构造消除了梁翼缘对接焊缝处的几何突变,促使塑性铰形成于远离节点区的梁削弱截面。圆弧扩大头狗骨节点的塑性转角可达到0.033 rad^0.041 rad,耗能性能和承载力较常规节点分别提高72%~86%和下降9.6%~12.6%。

内置增强措施对CFSST柱轴压承载力影响研究综述

方钢管混凝土(concrete-filled square steel tube,CFSST)柱由于具有节点构造简单和连接便捷等优势,其在钢结构和钢-混凝土组合结构中的使用越来越普遍。由于CFSST柱横截面存在有效约束区和非有效约束区,导致方钢管约束效果相较于圆钢管略差,相关学者针对采用内置增强措施来进一步提升CFSST柱轴心受压承载力进行了大量的试验研究。结合已开展的相关试验研究,重点针对不同种类内置增强措施对CFSST柱轴心受压承载力的影响进行了分析。统计结果表明:随着内置增强措施体积含钢率的增大,CFSST柱轴心受压承载力提高率也随之增大;板筋类内置增强措施对CFSST柱轴压承载力的提高作用最为显著;综合考虑承载力提高、内置增强措施用钢量、试件制作和施工便捷性,螺旋箍筋是较为理想的内置增强措施。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱的承载力分析

运用统一强度理论,采用薄壁圆筒的统一极限解,并考虑了CFRP圆管的材料特点,推得内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土短柱的极限承载力计算公式。与有关文献试验数据进行比较,吻合良好,验证了公式的合理性。同时分析了拉压比α、材料强度参数b、含钢率n和相对配置率β对极限承载力的影响。该结果为内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱的承载力分析计算提供了一定的理论依据。

施工初应力与长期荷载作用下内配型钢的方钢管混凝土轴压柱受力性能研究

为研究内配型钢的方形钢管混凝土构件在施工初应力和长期荷载作用下的力学性能,基于合理的材料本构,采用有限元软件ABAQUS建立了考虑这两种荷载作用的有限元模型,通过相关试验验证了模型的有效性。在此基础上,对典型内配型钢的方形钢管混凝土柱分析了该类构件各部件间受力机理和破坏形态,并分别与其一次加载时以及方钢管混凝土考虑初应力和长期荷载作用时的承载力变化进行了对比。结果表明:考虑施工初应力和长期荷载后,构件在施工初应力和长期加载阶段产生了初变形;在长期持荷阶段,主要由钢管和型钢受力,构件整体徐变率较小;而再加载阶段,主要由混凝土受力。与一次加载相比,初应力和长期荷载作用下构件承载力增大不显著,但与未配型钢的钢管混凝土相比,承载力增大明显;型钢的存在有效约束了混凝土横向的膨胀变形。