截面短长轴比对椭圆钢管混凝土柱抗爆性能影响

目的 研究椭圆钢管混凝土柱抗爆性能,分析截面短长轴比对其抗爆性能的影响。方法 利用LS-DYNA有限元软件建立TNT炸药-空气-椭圆钢管混凝土柱-刚性地面整体三维实体有限元模型,分别从短轴和长轴两个方向进行起爆设置,探究椭圆钢管混凝土柱受爆炸荷载作用后冲击波传递特性。结果 与双向刚度相同的柱子相比,椭圆钢管混凝土柱抗爆冲击波反射、衍射作用更为复杂;椭圆钢管混凝土柱沿长轴迎爆的抗爆性能明显优于沿短轴方向;绘制短长轴比-柱中侧向位移曲线,根据短轴方向与长轴方向抗爆性能差异,提出了设计宜采用的短长轴比为0.6~1.0;沿短轴向施加爆炸荷载时,短长轴比设计值不应小于0.4。结论 得出了不同短长轴比下构件破坏形态,进一步提出了采用短长轴比0.4~0.6内的椭圆钢管混凝土柱时,应采取加固措施。

椭圆钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

为探究椭圆钢管混凝土构件的抗震性能,文章开展椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载与轴力共同工作下的拟静力试验,研究轴压比和混凝土强度等参数对其抗侧承载力、刚度、延性和耗能等抗震力学性能的影响规律,揭示椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载作用下的主要破坏形态与受力机理;同时结合椭圆截面特征和代码编程,开发基于OpenSees有限元软件的椭圆钢管混凝土柱精细化分析模型,并将计算结果与试验进行分析对比,验证有限元模型的准确性和可行性,进而明确椭圆钢管混凝土柱相对于普通钢管混凝土构件的抗震性能特征,并系统开展材料和几何等诸多参数对椭圆钢管混凝土柱抗震性能的影响分析。研究结果表明,椭圆钢管混凝土柱具有良好的抗震性能,且相比于传统钢管混凝土柱具有明显的强度、刚度和耗能优势;在水平低周往复荷载下,椭圆钢管混凝土柱的破坏模式主要包括柱脚钢管的局部屈曲、撕裂,核心混凝土压溃等现象。

碳纤维复材约束椭圆钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究碳纤维复材约束普通强度椭圆钢管混凝土(CFRP-ECFST)短柱轴压性能,开展了8个不同椭圆截面比、不同复材厚度的短柱试件的静力轴压试验,考察了试件的破坏模式及其影响因素。参考已有碳纤维复材-高强钢管约束混凝土应力-应变设计模型,建立了CFRP-ECFST短柱轴压设计模型,并利用试验结果对该模型的准确性进行验证。结果表明:CFRP-ECFST短柱破坏模式均为中部碳纤维断裂;碳纤维断裂应变随椭圆截面比的增大而降低;碳纤维复材的约束效应随复材管用量增加而增强,但随椭圆截面比的增大而降低;由设计模型计算的轴向荷载-应变曲线与试验曲线吻合良好,表明设计模型能较为准确地估计CFRP-ECFST短柱的轴压承载力,可为该类构件的工程设计提供参考。

椭圆钢管T型节点应力集中系数分析

为预测椭圆管节点的疲劳性能,优化节点构造设计,以椭圆钢管T型节点为切入点,采用数值模拟方法分析了长轴-长轴、长轴-短轴、短轴-短轴3种可能的连接形式在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下节点的热点应力位置和应力集中系数,同时分析了管壁厚度对应力集中系数的影响。结果表明:进行椭圆钢管节点热点应力试验测点应重点布置于鞍部;在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下,管壁厚度越小,应力集中系数越大;从节点的抗疲劳性能和经济性出发,面外受弯时,建议椭圆钢管节点构造设计以长轴-长轴为主,轴拉和面内受弯时,建议以短轴-短轴为主。

椭圆钢管混凝土柱抗震性能研究

为研究椭圆钢管混凝土柱的抗震性能,开展八根不同椭圆截面比的椭圆钢管混凝土柱在恒定轴压和单调及往复水平荷载下的拟静力试验。并利用OpenSEES软件建立了椭圆钢管混凝土柱的纤维单元模型,分析了椭圆截面比、钢管强度、混凝土强度、试件高度(长细比)、轴压比等参数对椭圆钢管混凝土柱抗震性能的影响。研究结果表明:椭圆钢管混凝土柱的水平荷载-位移滞回曲线较为饱满,表明其具有良好的塑性变形能力和耗能能力;纤维单元模型能较为准确地预测椭圆钢管混凝土柱的水平荷载-位移曲线;椭圆截面比、轴压比和试件高度的增加,对椭圆钢管混凝土柱的抗震性能有不利影响;钢管强度的提高会导致椭圆钢管混凝土柱的承载能力和耗能能力提高,但会导致其变形能力下降;混凝土强度的提高会导致椭圆钢管混凝土柱承载能力提高,但对其耗能能力和变形能力均有不利影响。

弯扭作用下椭圆钢管混凝土构件有限元分析

为了研究椭圆钢管混凝土构件(Elliptical Tubes Filled Concrete,即ETFC)在弯扭作用下的力学性能,利用有限元软件ABAQUS建立弯扭作用下ETFC有限元分析模型,研究不同加载路径对于荷载-位移曲线的影响。采用典型加载方式Ⅲ,研究各种参数包括:钢管强度、混凝土强度、钢管厚度等对构件弯扭力学性能的影响。研究结果表明:不同加载路径对于椭圆钢管混凝土构件在弯扭作用下的力学性能的影响程度较小,其荷载-位移曲线分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段。随着钢管强度、混凝土强度、钢管厚度的增加,椭圆钢管混凝土构件的承载力不断提高。

椭圆钢管柱受压性能研究进展

为了促进中国椭圆钢管结构的研究与应用,通过对国外椭圆钢管的应用和研究相关文献的调研与分析,归纳总结了椭圆钢管柱的截面特性、截面分类以及在轴压和压弯荷载作用下的结构性能等问题,发现目前国外对于椭圆钢管的研究主要关注单个构件的受力性能,对于椭圆钢管结构节点性能及椭圆钢管混凝土柱性能的研究将是未来研究的重点。

椭圆钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论,考虑材料拉压比和中间主应力的影响,引入考虑尺寸效应的有效约束系数,建立了椭圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算式。将计算式计算结果与文献资料数据及相关文献的计算结果进行对比,吻合良好,验证了计算式的正确性。影响因素分析表明:椭圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力随参数b的增加而增大,随长短轴之比m/n的增加而减小。所得结果可为椭圆钢管混凝土轴压短柱的设计、施工及推广提供一定的理论依据。

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。

椭圆钢管混凝土构件受弯性能与承载力计算

通过ABAQUS软件建立了椭圆钢管混凝土构件在纯弯作用下的数值分析模型,考虑了复杂接触问题、椭圆截面特征和材料非线性。利用6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证了四点纯弯模型的准确性。进行了纯弯作用下椭圆钢管混凝土构件的参数分析,分别在长轴和短轴方向上研究了钢材强度、混凝土强度、径厚比和长短轴比等参数对椭圆钢管混凝土构件极限弯矩的影响,揭示了椭圆钢管混凝土在纯弯作用下的破坏模式,并提出了椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明,钢材强度越大、径厚比越小,椭圆钢管混凝土极限弯矩越大。提出的椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式将为椭圆钢管混凝土纯弯构件设计提供参考。

椭圆钢管混凝土构件受剪性能数值分析研究

为了研究椭圆钢管混凝土构件的受剪性能和破坏机理,通过ABAQUS软件分别在长轴和短轴方向建立了椭圆钢管混凝土受剪构件的数值分析模型。揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯剪状态下的破坏模式。开展了椭圆钢管混凝土构件受剪性能的参数分析,分别在长轴和短轴方向上研究了剪跨比、钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、长短轴比和截面面积等参数对椭圆钢管混凝土构件抗剪承载力的影响。研究结果表明,椭圆钢管混凝土的破坏模式根据剪跨比的不同可分为剪切破坏、弯曲破坏和弯剪破坏;椭圆钢管混凝土构件的抗剪承载力随着钢材强度、混凝土强度、截面面积和含钢率的增大而增大,随着剪跨比、长短轴比的增大而减小。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件设计方法提供参考。

椭圆钢管混凝土压弯扭复合受力性能及承载力计算方法研究

为研究椭圆钢管混凝土构件在压弯扭共同作用下的受力性能,基于椭圆钢管核心混凝土等效本构模型,通过ABAQUS有限元软件建立了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的有限元分析模型,并利用已有的试验数据验证了模型的准确性和可行性;系统分析了约束效应系数、轴压比、弯矩比和扭矩比等关键参数对其T/Tu-M/Mu曲线、T-θ曲线和破坏模式的影响规律,最终提出了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的承载力计算公式。研究结果表明:在一定范围内初始轴压比的提升会使构件的抗扭强度与纯扭构件相比有所提升,而当初始轴压比过大则会显著降低构件的抗扭强度;构件初始弯矩比的增加会使其抗扭强度持续降低;在轴力与弯矩的同时作用下,各自效果依然存在。通过提出的承载力简化计算公式的理论计算值与有限元分析结果的对比,表明该公式可用于评估椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力下的极限承载力。研究结果将为椭圆钢管混凝土在实际工程中的设计和应用提供科学依据。

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。

尖端形椭圆钢管混凝土构件压扭复合受力性能分析

文章基于等效本构模型建立了尖端形椭圆钢管混凝土(oval-ended elliptical concrete-filled steel tubular,OECFST)构件在压扭复合受力下的有限元分析模型,揭示了OECFST构件在压扭复合受力状态下的受力机理和破坏模式,探讨了不同截面形式下轴压比对扭矩转角曲线的影响,分析了钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比及截面面积等参数的影响规律。结果表明:OECFST构件在压扭复合受力下表现出良好的塑性性能,且轴压下抗扭承载力随着钢材强度、含钢率的增大而增大,随着长短轴比的增大而减小,混凝土强度的改变对其影响较小;随着约束效应系数增大,轴压比值与扭矩比值的相关系数有所提高,长短轴比和尺寸效应对其影响较小。研究成果可为OECFST结构设计和应用提供参考。

带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能与受力机理分析

椭圆钢管混凝土组合构件因具有良好的套箍约束效果、灵活的主次轴刚度分布以及优越的建筑美学效果,近年来被逐渐应用于大跨空间、重载桥梁等实际工程中。然而由于材料特性、施工工艺和服役环境等因素的影响,钢管混凝土结构可能出现脱空缺陷问题,但目前尚未见有关脱空缺陷对椭圆钢管混凝土构件受力性能影响的分析报道。基于带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能试验,建立了考虑椭圆截面特征和脱空缺陷影响的精细化有限元分析模型。研究了钢材强度、混凝土强度、脱空率、长短轴比和径厚比等诸多因素对其承载力、刚度和延性的影响规律,揭示了球冠形脱空对椭圆钢管混凝土轴压短柱破坏模式、典型荷载-位移曲线、应力-应变分布以及接触应力的影响机制,提出了考虑球冠形脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力简化计算公式,并验证了其准确性。研究结果表明,球冠形脱空的出现会显著削弱钢管与混凝土之间的相互作用,进而降低椭圆钢管混凝土短柱的承载力、刚度及延性,且脱空区接触应力的消失可能导致局部钢管率先发生鼓曲凹陷以及脱空区混凝土的脆性破碎。研究结果可为实际工程中带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土结构的评估与防治提供科学依据。

基于数值分析的椭圆钢管混凝土柱轴压性能及承载力计算

为了研究椭圆钢管混凝土柱的轴压性能和承载力,通过ABAQUS程序建立了轴压作用下椭圆钢管混凝土柱的数值分析模型,考虑了复杂接触问题、材料非线性和椭圆特征。利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。开展了轴压作用下椭圆钢管混凝土短柱的诸多参数分析,评价了各参数对组合柱轴压承载力和刚度的影响,揭示了椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理,基于统一理论提出了椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算方法。研究结果表明,椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式包括剪切破坏、局部鼓曲破坏和整体鼓曲破坏;椭圆钢管混凝土短柱的轴压受力特征可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段和下降段,均与约束效应系数有关。提出的椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算公式可以用于椭圆钢管混凝土柱设计。

椭圆钢管混凝土受扭性能及抗扭承载力计算

为研究椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算,文章通过ABAQUS建立了椭圆钢管混凝土受扭构件的理论分析模型,开展了椭圆钢管混凝土构件受扭性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、截面面积和长短轴比,揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯扭状态下的受力机理,提出了椭圆钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力简化计算公式。研究结果表明:椭圆钢管混凝土构件的抗扭强度承载力随着钢材强度、截面面积和含钢率的增大而增大;椭圆钢管混凝土构件的扭矩(T)-转角(θ)曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性强化阶段,表现出良好的塑性性能;提出的椭圆钢管混凝土构件抗扭强度承载力公式可用于椭圆钢管混凝土设计中。

偏压下椭圆钢管混凝土短柱力学性能研究

为了考察椭圆钢管混凝土短柱的偏压性能,通过ABAQUS有限元程序建立了椭圆钢管混凝土短柱在偏压作用下的数值分析模型,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。进行了偏压作用下椭圆钢管混凝土短柱的参数分析,研究了各参数对椭圆钢管混凝土短柱最大轴压承载力、最大弯矩和延性的影响,揭示了偏压下椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式,通过数值分析拟合了轴力-弯矩相关曲线。研究结果表明,椭圆钢管混凝土短柱在偏压作用下的破坏模式包括半高截面鼓曲破坏、半高以下截面鼓曲破坏、加载柱端双褶鼓曲破坏和柱两端双褶鼓曲破坏;影响椭圆钢管混凝土短柱最大轴压承载力和最大弯矩的主要因素为偏心距、径厚比和长短轴比,影响延性系数的主要因素为径厚比、长短轴比和混凝土强度。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土短柱设计方法提供参考。

椭圆钢管混凝土短柱循环轴压试验

为研究椭圆钢管混凝土短柱在循环轴压下的力学性能,本文对18个椭圆钢管混凝土短柱分别进行了单调轴压和循环轴压试验,试验中的主要参数为椭圆截面比、混凝土强度和加载制度。结果表明:椭圆截面比对椭圆钢管和混凝土之间的约束效应影响显著,对延性影响不大;混凝土强度的提高对钢管和混凝土之间的约束效应以及试件的延性都有不利影响;循环加卸载会导致椭圆钢管混凝土的强度衰减和残余变形的累积。试验结果与国内外学者和相关规范给出的设计公式计算结果比较发现,这些设计公式均可用于计算椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力。研究成果为椭圆钢管混凝土的理论研究和工程应用提供了试验依据。