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。

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。

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。

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。

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。

适用于直接分析法的椭圆钢管混凝土柱应力-应变关系模型

精确的材料本构模型是实现结构直接分析的前提,但目前尚无适用于椭圆钢管混凝土结构直接分析法的材料本构关系模型。基于课题组前期试验,分析了椭圆钢管混凝土柱中钢材和混凝土的纵向应力-应变关系的发展规律。根据钢管双向受力和核心混凝土三向受力的特点,考虑截面长短轴比的影响,提出了椭圆钢管混凝土柱中钢管和混凝土的纵向应力-应变关系模型。依照静力平衡条件和变形协调条件,采用提出的钢管和混凝土应力-应变关系模型计算了椭圆钢管混凝土柱的荷载-变形全过程关系曲线。分析得到的理论荷载-位移曲线与试验结果吻合良好,计算得到的承载力与试验值、规范GB 50936—2014和EC4的计算值也吻合较好,验证了提出的椭圆钢管混凝土中钢管和混凝土应力-应变关系模型的准确性,为基于直接分析法的椭圆钢管混凝土结构的设计提供了依据。

椭圆钢管混凝土短柱局部受压性能研究

文章建立了局部受压作用下椭圆钢管混凝土柱的有限元分析模型,考虑了椭圆截面特征、材料非线性和钢-混凝土复杂接触问题,通过试验验证了有限元分析模型的准确性,研究了局部受压面积、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比、截面面积和垫块形状等参数对椭圆钢管混凝土局部受压承载力的影响,揭示了其工作机理和破坏模式。研究结果表明,椭圆钢管混凝土局部受压承载力随钢材强度、混凝土强度、截面面积及含钢率的增大而增大;其局部受压作用下的破坏模式有柱上部L/4处鼓曲破坏和柱下部L/4处鼓曲破坏2种模式。椭圆钢管混凝土短柱在局部受压作用下的荷载-位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段及下降段,均与局部受压面积比有关。研究结果可为椭圆钢管混凝土柱设计提供参考。

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。

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。

椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为研究椭圆钢管混凝土(ECFST)长柱的偏压性能,利用ABAQUS建立了偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的数值分析模型,考虑了钢管与核心混凝土的复杂接触问题、材料非线性问题和椭圆截面特征的影响,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和截面面积等参数进行了分析,评价了各参数对偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱轴压承载力的影响,揭示了其破坏模式和受力机理。研究结果表明,偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的破坏模式根据偏心距大小可以分为大偏压破坏和小偏压破坏,根据加载路径的不同可以分为长轴偏压破坏和短轴偏压破坏。椭圆钢管混凝土偏压长柱的轴压承载力随着混凝土强度、钢材强度和截面面积的增大而增大,随着偏心距、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件的设计方法提供参考。

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。

椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力

为计算椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力,利用有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,并用已有试验结果和纤维单元法计算结果验证该有限元模型的准确性.在此基础上,对椭圆钢管混凝土短柱进行有限元分析,探明截面比、混凝土抗压强度、钢管屈服强度和偏心距等主要参数对其偏压性能的影响规律.研究表明,已有椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力计算公式与有限元分析结果吻合较好,已有的短柱偏压承载力计算公式和文章有限元模型可用于指导工程实践,促进椭圆钢管混凝土柱的应用.