圆形钢管混凝土柱轴压承载力及承载力组成研究

为了研究相互作用下圆形钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)柱中钢管和混凝土各自的承载力贡献,通过ABAQUS软件中的VUMAT子程序导入一种新的混凝土材料本构,建立了能够反映CCFST柱中钢管和混凝土相互作用的三维有限元模型,并通过试验数据验证了模型的荷载-位移曲线、钢管和混凝土的荷载-变形曲线以及侧向变形曲线。在此基础上分析了混凝土强度、钢管屈服强度、径厚比以及套箍系数对CCFST柱承载力及其组成的影响。然后结合有限元模型推导了CCFST柱在轴压荷载下峰值承载力的数学模型,模型中提出的钢管环向应力比例系数和混凝土承载力贡献系数可以评估钢管和混凝土的受力状态。将计算模型与现行规范及现有研究进行对比,发现提出的计算公式具有良好的计算精度,且可以评估钢管和混凝土各自的承载力贡献。

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅰ:轴压短柱和长柱

本文通过理论方法推导出椭圆形钢管混凝土短柱轴心受压时外钢管与核心混凝土之间相互作用力的分布规律,并采用有限元模拟,得到核心混凝土侧压力分布云图,然后根据以上两种结果提出了核心混凝土有效受压区的分布假设,基于"统一理论"的思想,在已有圆钢管混凝土轴压短柱承载力统一公式的基础上,分析出椭圆形截面对套箍效应的影响,最终得出适合于椭圆形钢管混凝土轴压短柱的实用强度统一计算公式。同时,进行了6根椭圆形钢管混凝土短柱轴压试验,试验结果与公式计算结果吻合良好,有效地验证了公式及理论推导、有限元模拟的正确性。并在此基础上得到轴压长柱的稳定系数。

部分填充圆形钢管混凝土桥墩子结构拟动力试验

目的探明在整体桥梁中部分填充圆形钢管混凝土桥墩在E1和E2地震动作用下的非线性动力性能,提出合理的桥墩抗震设计.方法通过桥墩柱的子结构拟动力试验研究,了解整个桥梁结构的受力特点,利用试验和数值分析相结合的方法,对部分填充圆形钢管混凝桥墩在整体桥梁上的抗震性能进行分析.其中E1和E2地震动分别输入EL CENTRO波和日本神户地震JRT-NS波等两种工况.结果得到了在这两种工况作用下试验子结构桥墩的反应位移和水平力-位移滞回曲线.数据曲线表明了桥墩模型在E1和E2地震作用下的破坏情况与试验结果能够较好吻合.结论表明在E1地震动作用下桥墩处于弹性状态,在E2地震作用下桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏迹象,表现出良好的抗震性能.该试验方法对于探明关键构件对桥梁等整体结构力学性能影响的有效性.

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅱ:纯弯和压弯构件

本文首先基于"统一理论"的思想,根据极限平衡理论,推导出了椭圆形钢管混凝土绕长轴、短轴的极限抗弯承载力公式,通过有限元模拟,验证了理论推导公式的正确性;然后,在已有的圆钢管混凝土抗弯承载力计算公式的基础上加以修正,得出适合于椭圆形钢管混凝土抗弯承载力实用简化计算公式。在"统一理论"思想的指导下,通过有限元软件对一系列不同截面形状椭圆形钢管混凝土构件在不同偏心距偏心荷载作用下的工作机理进行了模拟和深入的研究,并在参数分析的基础上提出了椭圆形钢管混凝土压弯构件承载力的实用简化计算公式。

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅲ:流体作用下阻力系数

椭圆形截面可以比圆形、方形和多边形截面更有效地折减流体对椭圆形钢管混凝土所作用的荷载。例如,采用椭圆形钢管混凝土桥墩,相比圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土,可以很有效地折减水流对桥墩的冲击作用。本文采用数值模拟的方法,通过CFD软件建立椭圆形截面的绕流数值模型,分别研究了不同形状的椭圆形截面在不同流速的空气和水中阻力系数随雷诺数变化的情况,得出相同雷诺数下阻力系数随截面形状的变化规律以及同一种形状截面阻力系数随雷诺数的变化规律,最后给出了阻力系数与雷诺数、截面形状之间的关系式和风载计算公式。

轴压下圆形钢管混凝土短柱承载力的简化计算

本文阐述了圆形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,并基于试验结果确定了混凝土强度提高系数和钢管纵向强度折减系数,建立了该类构件承载力的简化计算公式。用建议公式对28个试验试件进行承载力计算,计算结果与试验结果和规范计算结果吻合良好。

圆形钢管混凝土柱承载力计算综述

综述了国内外对钢管混凝土柱承载力计算的历史和现状 ,其主要内容包括圆形钢管混凝土的本构关系 ,单一应力及复杂应力状态下的承载力计算。

椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析

通过极限平衡理论和有限元模型的建立,对椭圆形钢管混凝土结构的轴压力学性能、纯弯力学性能进行分析,得出与其相适应的简化计算公式,推导出与实际的城市建设所使用的建筑结构和材料相符合的力学计算公式。

圆形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

本文分析了圆形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,并借鉴典型约束混凝土的本构关系建立了该类构件极限承载力的计算公式。然后,用建议公式对57个试件进行承载力计算,计算结果与试验结果和规范计算结果吻合良好。

圆形钢管混凝土支架支护承载力研究

为了揭示深部煤矿井下复杂受力状态下钢管混凝土支架支护承载力的变化规律,采用支护机理分析和数值模型的方法,研究圆形钢管混凝土支架的承载特征。研究结果显示,圆形钢管混凝土支架在两个对称点受集中载荷影响,当集中载荷引起支架弯矩急剧上升,支架承载能力大幅度降低;当集中载荷控制在轴力限值的0.3%～3%范围内时,支架的承载能力保持稳定,大约相当于临界均布载荷的69%。通过进一步研究,认为圆形钢管混凝土支架适合在深部矿井压力差较小的巷道应用。

内埋空间钢构架圆形钢管混凝土柱轴压性能分析

为了改善圆形钢管混凝土柱的受力性能,在圆钢管混凝土中内埋空间钢构架形成一种新型的双约束混凝土组合柱。为了进一步探究这种双约束组合柱的轴压性能,在试验研究的基础上,采用ABAQUS软件建立内埋空间钢构架圆形钢管混凝土轴压短柱非线性有限元模型,其计算值与试验值吻合较好。在此基础上,以影响内埋空间钢构架圆形钢管混凝土短柱轴压性能的因素为参数,对这种新型组合柱的轴压性能进行模拟分析。分析表明:内埋空间钢构架圆钢管混凝土短柱有较高的承载力和变形能力,外部钢管套箍指标和内部空间钢构架的约束影响系数是影响这种新型组合柱轴压性能的主要因素。

椭圆形钢管混凝土构件极限承载力分析的弹性模量缩减法

为了在椭圆形钢管混凝土(CFST)结构极限承载力分析中有效地应用弹性模量缩减法,研究建立椭圆形截面CFST构件的齐次广义屈服函数,据此提出椭圆形CFST结构极限承载力分析的弹性模量缩减法(EMRM)。首先利用具有分数指数幂的一阶多项式,通过回归分析研究建立了椭圆形CFST压弯构件的齐次广义屈服函数。其次,通过自适应地缩减高承载单元的弹性模量模拟结构内力重分布及塑性发展,进而通过线弹性迭代分析确定椭圆形CFST拱的承载性能。最后通过与现行增量非线性有限元法对比分析,验证了本文方法具有较好的计算精度和计算效率。

圆形钢管混凝土柱框架典型节点受力性能分析

圆形钢管混凝土柱框架结构节点构造复杂,目前国内对其受力性能的研究较少。对于很多工程中应用到的节点,没有规范或规程可以作为其设计的依据,因此有必要对圆形钢管混凝土柱框架节点的受力性能进行深入研究。本文采用有限元软件ANSYS建立节点域精细化模型,进行节点受力性能的非线性有限元分析。结果表明,圆形钢管混凝土柱框架结构节点具有良好的承载能力,满足设计要求;加劲板能够有效改善支撑内力较大节点的受力性能。

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。

圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压性能有限元分析

目的研究圆钢管煤矸石混凝土中长柱的轴压性能,找到各设计参数对试件轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式,推广钢-煤矸石混凝土组合结构。方法采用ABAQUS有限元分析软件建立圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压有限元模型,分析典型试件受力全过程的应力分布、荷载分配以及不同参数变化对其轴压承载力的影响。结果相同设计参数下,钢材屈服强度与含钢率是承载力的关键影响因素;而随煤矸石粗骨料取代率的增加,试件的承载力降低幅度未超过3.6%。结论掺入煤矸石粗骨料后的试件仍具有较高承载力,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)中的方法对计算式进行修正后的误差在10%以内,适用于圆钢管煤矸石混凝土中长柱,能够满足实际需求。

不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩压弯性能研究

椭圆形钢管混凝土桥墩的流线外形可以有效降低水流等的作用,但是其截面特性较为复杂,尤其是当荷载沿非对称轴方向作用时,容易发生扭曲而降低强度。为了研究不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能,本研究采用数值分析软件,建立并通过试验验证了可以精确模拟圆形钢管混凝土桥墩力学性能的数值分析模型。进一步地,利用模型分析了0°~90°不同角度加载时椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能,分析了不同荷载角度对承载性能的影响规律。结果表明,随着加载角度从0°增加到30°、60°、90°,椭圆形钢管混凝土桥墩极限压弯承载力分别下降了5.38%、27.18%、37.03%;初始刚度随着荷载作用角度的增加而降低,屈服位移和极限位移随着水平荷载作用角度的增加而有所上升。本研究的结果可为椭圆形钢管混凝土桥墩的设计提供借鉴。

圆形钢管-空间钢构架混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为了进一步研究圆形钢管-空间钢构架混凝土组合柱的偏心受压性能,进行了8个圆形钢管-空间钢构架混凝土组合柱的偏心受压试件和1个轴心受压试件的静力试验,探讨了偏心距、空间钢构架缀条间距、钢管径厚比等参数对圆形钢管-空间钢构架混凝土组合柱偏心受压性能的影响规律。试验结果表明,偏心受压组合柱的截面应变基本符合平截面假定;在其他条件相同时,随着偏心距的增大,组合柱的偏心受压承载力降低;组合柱的偏心受压承载力与空间钢构架混凝土约束影响系数、钢管混凝土套箍指标有关,大体上呈线性关系。

圆形和方形钢管混凝土柱工作性能与经济性比较

从钢管混凝土轴心受压的工作性能出发,较全面地比较了等效截面的承载力和刚度,结果是圆形比方形截面构件的承载力高25%左右,抗弯刚度高约20%.压弯构件的承载力也高不少.从截面组成、梁柱节点构造和施工的分析,可见圆钢管混凝土也优于方钢管混凝土.从构件的抗火性能比较,圆形构件也比方形的可节省防火涂料或防火保护层13%.因此,采用圆钢管混凝土是经济合理的.

PBL加劲肋对钢管混凝土拱肋受压节点受力性能的影响分析

由于钢管与混凝土之间的黏结力非常有限,极易在节点处产生钢管与混凝土界面滑移即脱黏,严重降低拱肋的承载能力。在钢管混凝土拱肋内置PBL加劲肋可提高节点处钢管与混凝土界面黏结力,增强钢管混凝土协同工作能力。该文以某钢管混凝土拱桥为例,对拱肋节点进行了非线性分析,探讨了PBL加劲肋对节点破坏形式、极限承载力、钢管的应力分布等力学性能的影响。结果表明:内置PBL加劲肋可增强钢管与混凝土界面黏结力,便于使拱上立柱产生的水平力由钢管和混凝土共同承担,有效提高了节点承载力。内置PBL加劲肋是对钢管混凝土拱肋节点的一种有效改进形式。

三类钢管混凝土柱的非线性有限元对比分析

钢管混凝土由于能充分发挥两种材料的优点,目前已被广泛应用于工程实践中,而其形式多限于圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和方钢管内套圆钢管的钢管混凝土柱。本文采用有限元软件ABAQUS分别建立了3种钢管混凝土柱的非线性有限元方法,对比了它们的受力性能以及达到极限承载力后混凝土的损伤情况,并分析了各自的优势,具有工程应用价值。