圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析;将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。

方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为进一步探讨方钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,在试验研究的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS对试验短柱的荷载-位移曲线进行了数值模拟,验证了有限元分析模型的正确性。将钢材强度、再生骨料取代率和钢管壁厚度作为变化参数,用该模型对方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能进行了非线性分析。研究表明,钢材强度对试件荷载-位移曲线幅值与形状均有影响,提高钢材强度会增大试件极限承载力,而曲线下降段更平缓;再生骨料取代率主要影响试件极限承载力,随着再生骨料取代率的增大,极限承载力略有减小;钢管壁厚度对试件荷载-位移曲线的影响较大,随着钢管壁厚度的增大,试件极限承载力和加载初期刚度均有所增大,但试件延性变化不大。

氯盐弱腐蚀环境下圆形钢管再生混凝土短柱轴压试验研究

为研究氯盐弱腐蚀环境下圆形钢管再生混凝土短柱的轴向极限承载力,设计了12根不同核心混凝土强度、钢管壁厚和腐蚀程度的圆形钢管再生混凝土柱和2根圆形钢管柱,研究了不同弱腐蚀程度下各试件的轴心受压性能,分析了其破坏形态、承载力、荷载-位移曲线、骨架曲线和刚度退化规律,试验结果表明:弱腐蚀试件受压鼓凸,内部混凝土被压碎,承载力下降,中间表面处发生多处明显鼓曲;钢管腐蚀会引起试件约束效应系数的降低,导致其承载力和刚度明显下降,最终影响结构的安全性;提高核心混凝土强度和增大钢管壁厚均可提高圆形钢管再生混凝土柱在氯盐腐蚀环境下的极限承载能力,而增大钢管壁厚对提高试件承载力作用更为显著。

方钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力分析

以方钢管钢筋再生混凝土(RRACFSST)短柱为研究对象,考虑方钢管与钢筋笼的双重约束作用,采用极限分析法和套箍理论对RRACFSST短柱轴压承载力进行分析,推导了一套含钢管宽厚比、再生粗骨料取代率、配筋率以及约束效应系数等影响参数的RRACFSST短柱轴压承载力计算公式,并对其影响参数进行了分析。在理论推导的基础上,将轴压承载力公式计算值与相关试验数据进行对比,发现吻合较好,验证了承载力公式的有效性与实用性。研究结论可为工程实践提供理论参考。

钢管再生混凝土短柱承载性能有限元分析

为了分析钢管再生混凝土短柱承载性能的影响因素,试验设计了3个不同偏心距的方套方中空夹层钢管再生混凝土短柱进行单调加载,用于验证所建立有限元模型的正确性;并利用得到验证的有限元模型设计了三种截面类型(方套方中空截面、方套圆中空截面、方实心截面)共7个钢管再生混凝土短柱试件,并以偏心距及外钢管壁厚为变化参数,运用ABAQUS建立有限元模型进行静力加载分析。得到了不同偏心距及外钢管壁厚下钢管再生混凝土柱的荷载-轴向位移曲线,分析了偏心距及外钢管壁厚对钢管再生混凝土短柱承载性能的影响。分析结果表明:三种类型中方钢管中空夹层再生混凝土短柱随偏心距减小或外钢管壁厚的增加,其承载性能均有所提高;三种截面类型中,方套方中空夹层试件初期刚度最大,极限承载力最高。

不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能,进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究,主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明:不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性,承载力随再生砖骨料掺量增加而减小,再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大,短柱的轴压刚度越小,不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大;再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时,修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型,建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算,提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。

钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对6根钢管再生混凝土短柱及3根普通钢管混凝土短柱进行轴压试验,研究不同长径比和再生骨料取代率对钢管再生混凝土短柱轴压力学性能的影响。研究结果表明:钢管再生混凝土短柱的变形破坏形式与普通钢管混凝土短柱相似;随再生骨料取代率及长径比的增加,钢管再生混凝土短柱的极限承载力下降。基于试验验证普通钢管混凝土短柱极限承载力计算方法对钢管再生混凝土短柱的适用性,计算值与试验值吻合较好。

型钢再生混凝土短柱抗剪承载力计算

为研究型钢再生混凝土短柱的抗震性能,对8个型钢再生混凝土短柱试件,采用悬臂柱式加载装置进行低周反复荷载试验,观察其受力过程和破坏形态。试验表明,剪跨比为1.4的型钢再生混凝土短柱以剪切斜压破坏形态为主;分别研究了轴压比、配箍率和再生粗骨料取代率对试件抗剪承载力的影响;分析了型钢再生混凝土短柱的受力特点和破坏机理;推导出型钢再生混凝土短柱发生剪切斜压破坏时的抗剪承载力计算公式。最后,为便于工程应用,在试验与理论分析的基础上,提出了型钢再生混凝土短柱抗剪承载力简化计算公式,计算结果与试验结果符合较好。

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.

基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗剪性能数值模拟

为研究型钢再生混凝土短柱的抗剪性能,推广再生混凝土结构的工程应用,基于OpenSees软件,采用弯剪相互作用的位移型梁柱单元并利用纤维截面建模,对8根型钢再生混凝土短柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能进行数值模拟。对比分析再生粗骨料取代率、轴压比以及体积配箍率的变化对型钢再生混凝土短柱抗剪性能的影响规律。结果表明:再生粗骨料取代率为100%的型钢再生混凝土短柱与普通型钢混凝土短柱的抗剪性能接近;轴压比和体积配箍率对型钢再生混凝土短柱的抗剪性能有较大影响;基于OpenSees软件能够模拟型钢再生混凝土短柱在压、弯、剪共同作用下的非线性反应。

冻融对碳纤维管约束玄武岩纤维再生混凝土短柱受力性能影响

为研究玄武岩纤维再生混凝土(basalt fiber reinforced recycled concrete,BFRCC)约束短柱的冻融后的受力性能,通过17根碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)管约束BFRRC短柱冻融循环作用后的轴心受压试验,应用数字散斑相关方法和传统位移计及应变片得到了冻融循环作用后短柱的轴向变形过程,分析了冻融循环对CFRP管约束BFRRC短柱受力性能的影响。结果表明:CFRP管约束BFRRC短柱的破坏形式在冻融前后变化不大,随着冻融循环次数的增加,方形截面短柱的承载力明显下降,而圆形截面短柱承载力变化并不明显;方形截面短柱动弹性模量随着冻融循环次数增加而下降,并且冻融温度区间越大,短柱动弹性模量下降越多且下降速率越快;冻融环境对短柱承载力的影响随再生骨料取代率增加呈现先增大后减小的规律。同时,利用数字散斑相关方法和有限元模拟,确定了CFRP管约束BFRRC短柱承载力的提高系数,并提出了CFRP约束BFRRC短柱承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。

型钢部分包裹再生混凝土短柱轴压性能试验研究

对型钢部分包裹再生混凝土短柱进行了轴压试验,考虑再生粗骨料取代率、混凝土强度、长细比等为变化参数,对其进行静力试验。结果表明:型钢与再生混凝土具有良好的协同工作能力;该组合柱在轴压下的受力过程可分为弹性阶段、弹塑性工作阶段和破坏阶段;以型钢翼缘屈曲、再生混凝土压碎为破坏形式。

圆钢管再生混凝土偏压短柱抗震性能分析

应用ABAQUS建立模型对比分析研究偏心率对圆钢管再生混凝土短柱抗震性能的影响,组内模型的再生混凝土取代率、轴压比、轴压力等影响因素相同,对比分析了偏心率对模型破坏特征、滞回性能、极限承载力与延性系数所产生的影响。结果表明:偏心率对模型的破坏形态有较大的影响;随着偏心率的增大,大轴压比圆钢管再生混凝土短柱的耗能能力、极限承载力与延性系数下降明显;在轴心受压时,轴压比对模型耗能能力与极限承载力影响有限,对延性系数有明显影响,但偏心受压时,轴压比对模型耗能能力、极限承载力与延性系数都影响较大。

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明:随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。

钢管再生矿渣混凝土轴压短柱试验研究

为分析再生骨料类型对钢管再生混凝土柱的影响,设计了11根轴压短柱试件,并对其进行了轴压力学性能的试验研究。试件的主要变化参数为截面类型(圆形和方形)、骨料类型(天然骨料、50%天然骨料和50%重钛矿渣再生骨料、50%天然骨料和50%普通再生骨料)和钢管尺寸。结果表明:钢管再生混凝土柱具有和普通钢管混凝土柱相似的受力过程、破坏形态、轴向荷载-位移关系和轴向荷载-应变关系,再生骨料类型的变化对上述性能影响不大;圆形截面试件发生腰鼓状或剪切型破坏,方形截面试件破坏时在钢管表面出现若干处局部凸曲,且沿四个方向的凸曲程度基本相同;对比边长和直径相等的方形和圆形截面试件,由于方形截面试件的横截面尺寸较大,其承载力明显高于圆形截面试件,但方形截面试件峰值荷载对应的位移和应变小于圆形截面试件,且荷载达到峰值后便迅速下降,方形截面试件的延性明显弱于圆形截面试件;钢管再生混凝土柱的承载能力略低于普通钢管混凝土柱;钢管再生矿渣混凝土柱的承载能力一般不低于钢管再生普通混凝土柱;将普通钢管混凝土柱承载力计算式运用于钢管再生混凝土柱时,对于圆形截面试件的计算结果偏于安全,对于方形截面试件,应将该承载力计算值进行一定的折减。