椭圆形钢管再生混凝土组合柱轴压力学性能分析

为研究椭圆形钢管再生混凝土(RACFEST)组合柱轴压力学性能,共设计了24根RACFEST轴压短柱进行试验;基于钢材的双折线本构模型以及引入椭圆形钢管修正系数的约束再生混凝土本构模型,对4根RACFEST组合柱以及2根钢管再生混凝土组合柱进行模型验证,证明了边界条件以及材料本构模型的合理性。基于此,对24根RACFEST组合柱进行拓展参数分析,并对RACFEST组合柱在轴心荷载作用下的破坏模式进行了深入剖析。研究结果表明,100%取代率的RACFEST组合柱的轴压极限承载力对比0%取代率的RACFEST组合柱的轴压极限承载力仅下降了17.5%。在所取参数范围内,24根RACFEST组合柱在轴心荷载作用下的破坏形式类似,表现为混凝土向外膨胀,钢管向外鼓曲。通过引入再生混凝土取代率影响系数,统计回归出RACFEST组合柱的轴压极限承载力公式,计算出的极限承载力值与模拟承载力极限值最大误差为7.09%,满足工程精度要求。该研究成果为RACFEST组合柱在实际工程中的应用奠定了理论基础。

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。

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。

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。

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。

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。

某火车站房超高外斜椭圆形变截面钢管柱整体和局部稳定性分析

薄壁椭圆形变截面钢管柱在复合荷载作用下的整体和局部稳定性计算尚无具体规范可查。结合实际工程,采用理论分析和有限元分析的方法对某火车站房超高外斜椭圆形变截面钢管柱稳定性进行研究。采用具有等效刚度的弹簧约束模拟柱顶的边界条件,同时结合有限元分析软件正向求解、经典欧拉公式和挠度公式逆向推导的方法来计算其等效轴压刚度EAeq,等效弯曲刚度EIeq和计算长度系数μeq等几何参数。计算结果表明,该超高外斜椭圆形变截面钢管柱受力最大的柱底是整个柱的最薄弱位置;在考虑柱的实际应力的情况下,环向和纵向加劲肋的配合设置,不仅能经济有效地解决局部稳定问题,而且能增大柱的整体刚度,减小柱顶位移。本文研究可为异形大直径薄壁构件的设计提供借鉴。

乌鲁木齐新客站站房结构设计关键问题

乌鲁木齐新客站位于高烈度地震区,存在质量和刚度分布不均、局部夹层、楼板不连续、穿层柱和柱脚不等高嵌固等多项不规则,结构受力复杂。屋盖为变厚度大跨度自由曲面网架,支承屋盖的钢管砼柱高度大,承担的荷载较大,因约束条件复杂导致柱计算长度较难准确取值。高架候车大厅多根重载钢管砼柱因截面尺寸受限界所限,采用了一种超常规的椭圆形截面。针对上述情况,采取了如下对策以保证站房结构的安全合理:采取多模型、多软件进行包络设计;补充了大震动力弹塑性分析;采用规范法和欧拉公式求导计算长度的方法对钢管砼柱进行包络设计,并采用直接分析法复核;对椭圆形钢管砼重载柱建立了有限元模型分析验证。

杭州东站站房主体结构设计与分析

杭州东站为桥建合一的大型铁路枢纽站,集站房、国铁、磁悬浮及地铁于一体,建筑外形复杂,建筑面积约为26万m2。主站房为地下1层,地上2层(局部3层)的框架结构,首层(站台层)及以下基本为(预应力)钢筋混凝土结构,首层以上为钢结构。屋盖采用斜倒锥形椭圆钢管柱和斜钢管格构柱+大跨度变截面钢管空间桁架的钢框架结构;最大柱距为46.55m的大跨度商业夹层采用斜倒锥形椭圆钢管柱+实腹钢梁(或蜂窝梁)框架结构;高架层为钢管混凝土柱+钢桁架+钢次梁楼盖结构;站台层中站场桥梁为双向框架钢骨梁+钢管混凝土柱结构,而站台层中线侧为预应力混凝土梁+钢管混凝土柱结构。站房结构体系受力明确、直接,与建筑形态的要求相结合。通过大量的结构分析和必要的结构和节点试验,对复杂结构和节点理论分析进行验证;对候车厅层和商业夹层的大跨度钢楼盖的竖向舒适度进行了初步分析并采用TMD减振;通过设置防震缝降低结构温度作用和提高结构经济性。在确保结构安全性和经济性的前提下,结构设计提升了建筑的使用功能和建筑形态。