圆端形椭圆钢管混凝土短柱局部轴向受压性能研究

圆端形椭圆钢管混凝土构件作为新型异形钢管混凝土构件,具有合理的主、次轴分布和较小的阻流系数,可应用在桥梁墩柱、高架柱和拱塔上,然而目前对其局部轴向受压性能的理论研究尚有不足。提出了一种圆端形椭圆核心约束混凝土等效本构关系模型,考虑了圆端形椭圆截面特征、材料非线性、钢管与核心混凝土的复杂接触问题,建立了局压作用下圆端形椭圆钢管混凝土短柱的数值分析模型;通过试验验证了有限元分析模型的准确性;系统研究了局压面积比、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长宽比、截面面积和垫块形状等诸多参数对其局压承载力的影响,揭示其工作机理和破坏模式,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的局压承载力计算方法。研究结果将为圆端形椭圆钢管混凝土柱设计和应用提供参考依据。

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,研究了工字钢参数变化对内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能影响。结果表明,有限元模型建立准确;当含钢率小于34%时,纵向放置工字钢腹板厚度参数变化对局压承载力影响较大;当含钢率大于34%时,横向放置工字钢翼缘厚度参数变化对局压承载力影响较大;对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,纵向放置工字钢宽度参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过模拟结果验证,所提公式计算承载力与模拟承载力比值为0.86~1.06,计算结果较为准确。

圆端形钢管内约束混凝土轴压短柱的力学性能

为改善圆端形钢管混凝土(CFRT)柱的力学性能,采取在钢管内部焊接拉筋的方式来提高对核心混凝土的约束效果,并采用ABAQUS对4种不同约束方式的圆端形钢管内约束混凝土(SCFRT)轴压短柱进行三维实体有限元分析,发现双向均匀对拉箍筋为最佳约束方式.最后,对2根圆端形钢管混凝土轴压短柱及2根双向均匀对拉约束方式的圆端形拉筋约束混凝土轴压短柱进行了试验研究,结果显示试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了双向均匀对拉约束方式的合理性.

多腔约束圆端形钢管混凝土纯弯柱试验研究

圆端形钢筋混凝土(RC-Reinforced Concrete)桥墩具有较大的纵横向刚度,造型美观,施工工艺成熟,在大跨桥梁建设中应用普遍。本文开展了4根多腔约束圆端形钢管混凝土柱纯弯试验,探讨腔室布置对构件承载力的影响。记录实验过程中承载力等数据,结果表明腔室布置越多,构件承载力越大。单腔室与2腔室构件承载力相当,3腔及4腔室试件极限承载力明显较高。建议对于长宽比较大的圆端形钢管混凝土纯弯试件,3腔室布置较为合适。

圆端形钢管混凝土短柱偏压性能和破坏机理分析

文章通过ABAQUS有限元软件建立了圆端形钢管混凝土偏压短柱的数值分析模型,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。基于圆端形钢管核心混凝土等效本构模型,研究了偏心距、混凝土强度等诸多参数对圆端形钢管混凝土柱偏压性能的影响,揭示了其破坏模式;基于数值分析结果拟合出了圆端形钢管混凝土轴压力-弯矩相关曲线。研究结果表明,圆端形钢管混凝土短柱在偏压作用下的破坏模式主要表现为局部凹陷与两端鼓曲破坏和偏压转角过大破坏。在一定的偏心距范围内,圆端形钢管混凝土短柱的偏压轴向压力和最大弯矩随截面面积、钢材强度及混凝土强度的增大而增大,随偏心距和径厚比的增大而减小。研究结果可为建立圆端形钢管混凝土短柱设计理论提供参考。

圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和长细比等诸多参数进行了系统分析,评价了各参数对圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压承载力的影响,揭示了其破坏模式。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的承载力随着混凝土强度和钢材强度的增大而增大;随着偏心率、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。最后,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压作用下的承载力设计方法。研究结果将为建立圆端形椭圆钢管混凝土结构的设计和应用提供参考。

圆端形椭圆钢管混凝土受扭性能数值分析及抗扭承载力计算

为探究圆端形椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算方法,采用ABAQUS建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元分析模型。为解决核心混凝土本构关系问题,提出了一种关于圆端形椭圆钢管核心混凝土本构关系的新等效方法,利用已有试验结果验证了等效方法的可行性和数值分析模型的准确性。开展了纯扭作用下圆端形椭圆钢管混凝土构件性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面尺寸等。揭示了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,提出了圆端形椭圆钢管混凝土构件的抗扭承载力简化计算公式。结果表明:构件抗扭承载力随钢材强度、截面尺寸、含钢率增大而增大,随长短轴比增大而减小;研究成果将为圆端形椭圆钢管混凝土构件的设计提供参考。

圆端形椭圆钢管混凝土构件受剪性能分析

文章基于一种适用于圆端形椭圆钢管约束核心混凝土的新型等效本构关系模型,建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件受剪下的有限元分析模型,研究了构件的破坏形式,分析了不同参数对其受剪承载力的影响。研究结果表明,不同剪跨比下圆端形椭圆钢管混凝土的破坏模式主要有剪切破坏、弯曲破坏、弯剪破坏及局部鼓曲破坏;钢材强度、混凝土强度及含钢率的提升会增加构件抗剪承载力,剪跨比的增加会使构件抗剪承载力先增加后减小。研究成果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计提供参考。

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏;在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大;短柱与中长柱界限长细比λ0=10~11,中长柱与长柱界限长细比λp=86.4~96.0;与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。

圆端形椭圆钢管约束混凝土本构关系等效方法和轴压性能研究

目前国内外对圆端形椭圆钢管混凝土柱的受力性能研究尚不系统,缺乏合理的圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型。为了解决核心混凝土本构关系问题,文章提出一种计算圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系的简化等效方法,用试验结果验证了该方法的可行性和准确性。采用ABAQUS有限元程序建立了圆端形椭圆钢管混凝土轴压短柱的数值分析模型,研究了诸多参数对圆端形椭圆钢管混凝土轴压承载力的影响,揭示了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式主要包括中部鼓曲破坏、端部鼓曲破坏和多带鼓曲破坏;其轴压受力特征均与约束效应系数有关;圆端形椭圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力随混凝土强度、钢材强度及截面尺寸的增大而增大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土柱理论研究和工程应用提供参考。

圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载性能试验研究

为了研究圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能,考虑长细比、含钢率、高宽比3个变化参数,设计了6个试件进行轴压静力单调加载试验,得到了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等数据,并分析参数变化对承载力的影响。试验结果表明:圆端形钢管混凝土中长柱受力过程经历弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,破坏形态为弹塑性失稳破坏;试件承载力与含钢率呈正相关,与长细比呈负相关,对于高宽比较大的试件,含钢率对承载力的影响更大。基于有限元软件ABAQUS的参数分析,建立圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载力简化公式,计算结果与试验结果吻合良好。

圆端形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究

在合理确定钢和混凝土本构模型基础上,运用有限元数值分析软件ABAQUS模拟典型圆端形钢管混凝土双向偏压柱的荷载-变形曲线,开展工作机理分析.分析结果显示:在双向偏压荷载作用下,圆端形钢管混凝土柱能表现出较高的极限承载力和延性;钢管对核心混凝土可起到有效约束作用,圆弧段钢管对混凝土的约束效应高于平直段钢管.典型算例表明,圆端形钢管混凝土双向偏压柱的Mx/Mux-M y/M u y相关曲线呈四分之一椭圆形.最后提出该类双向偏压柱承载力的简化计算式,与有限元模拟结果对比,简化计算结果偏于保守.

圆端形钢管混凝土柱设计方法对比分析

圆端形钢管混凝土柱已被应用于桥梁结构中。文章首先搜集了21根圆端形钢管混凝土轴压短柱和12根圆端形钢管混凝土偏压长柱的试验数据,并基于试验数据,验证现有简化模型的合理性。研究结果表明,对于圆端形钢管混凝土轴压短柱,规范GB 50936-2014和文献[2]的预测精度最高;对于圆端形钢管混凝土偏压柱,规范CECS 159:2004和文献[5]的预测精度最高。

圆端形钢管混凝土柱的抗震性能分析

为了探讨圆端形钢管混凝土柱的抗震性能,通过ABAQUS软件建立了不同轴压比工况下圆端形钢管混凝土柱的有限元模型。该有限元模型柱底固定,柱顶施加横向水平往复荷载,获得了圆端形钢管混凝土柱的荷载-位移滞回曲线,分析了圆端形钢管混凝土柱的抗震性能。研究结果表明圆端形钢管混凝土柱在往复荷载下最大变形出现在上下端的截面平直段处;其抗震性能随轴压比的增大呈现下降趋势。

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明:和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明:圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模型,给出了圆端形截面钢管混凝土柱的恢复力模型,模型简化计算结果与试验结果吻合较好,误差在10%以内。

圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究

通过17个圆端形钢管混凝土轴压短柱的试验,研究圆端形钢管混凝土轴压短柱在不同的截面高宽比、含钢率和构造措施的破坏特征和轴压力学性能。试验结果表明:圆端形钢管对核心混凝土具有良好的约束作用;纵向隔板或对拉杆可有效延缓钢管壁的局部屈曲;同时采用纵向隔板或对拉杆还可有效提高试件的承载力和延性。从提高该构件承载力而言,对拉杆件效果更显著;从延性角度,设置纵向隔板效果更好。采用有限元分析软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析,有限元分析结果和试验结果吻合良好。在已有矩形钢管混凝土轴压短柱承载力简化计算公式的基础上,建议了带纵向隔板的圆端形钢管混凝土轴压短柱的承载力简化计算式。当钢管壁平直段的宽厚比大于60时,建议设置纵向隔板或对拉杆。

圆端形钢管混凝土柱偏压力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土压弯构件进行工作机理及参数分析,研究结果表明:在偏压状态下,圆端形钢管混凝土具有较高的承载力和较好的延性;钢管能对核心混凝土提供有效的约束,约束效果主要集中在圆弧段;圆端形钢管混凝土偏压承载力随着钢管强度、含钢率的提高而提高;随着核心混凝土强度提高,构件承载力增大,延性降低;随着长细比增大,构件承载力降低;截面高宽比对构件偏压承载力影响较小,随着截面高宽比增大,构件延性有降低的趋势.

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中。为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比。结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢管对混凝土形成一定约束;峰值荷载后钢管发生局部屈曲;受力全过程柱中截面始终保持为平截面,挠曲形状接近正弦半波曲线。然后建立有限元模型,有限元计算结果和试验结果吻合较好。继而开展参数分析,结果表明,稳定系数随着钢材屈服强度、长细比和混凝土强度的增大而减小;混凝土强度、含钢率、长细比和钢材屈服强度对相对轴力-相对弯矩相关曲线有较大影响。最终,基于参数分析修正了圆端形钢管混凝土长柱的轴压和偏压承载力的计算方法,简化计算承载力与实测承载力及有限元预测承载力吻合良好。

脱空缺陷对圆端形椭圆钢管混凝土T形相贯节点轴压性能影响

圆端形椭圆钢管混凝土在桥拱和桁架等结构中逐步被推广应用,然而由于施工工艺、服役环境和材料缺陷等不利因素,可能导致其出现脱空缺陷。为研究脱空缺陷对圆端形椭圆钢管混凝土相贯节点受力性能的影响,设计了10个圆端形椭圆钢管混凝土T形相贯节点并进行节点的支管加载轴压性能试验,研究脱空率、相贯类型和主支管径比等参数对其在支管轴压荷载下破坏模式、承载力、刚度和延性的影响,揭示了节点域应变分布规律和典型受力特征,并基于组件法和节点破坏机理,提出考虑脱空缺陷影响的圆端形椭圆钢管混凝土T形相贯节点支管受压的承载力计算方法。结果表明:脱空缺陷的存在会削弱圆端形椭圆钢管混凝土T形相贯节点的承载力和刚度,并随着脱空率的增大,节点的承载力和刚度持续减小;由于脱空缺陷和支管轴压荷载影响,带脱空缺陷圆端形椭圆钢管混凝土T形相贯节点可能出现支管受压屈曲、主管脱空区局部凹陷和主管挠度过大等破坏现象;提出的理论计算方法可准确预测带脱空缺陷圆端形椭圆钢管混凝土T形节点在支管受轴力作用下的承载力。

微膨胀钢管混凝土双肢柱试验研究与数值模拟

通过试验研究与数值模拟的方法,确定微膨胀C50圆端形钢管混凝土的应力应变关系,并结合工程实例,用泊松比的变化来模拟核心混凝土的微膨胀效应,分析施工中圆端形钢管混凝土双肢柱在轴心受压和偏心受压两种情形下的受力性能.分析结果表明,在考虑混凝土泊松比变化情况下,极限承载力比不考虑混凝土泊松比变化时的计算值高;这种结构在轴心受压时,应力变化很小;在承受偏心荷载时,应力增幅较大,且能充分利用其结构形式上的特点.