CFRP布约束混凝土矩形短柱轴压性能的非线性有限元分析

采用通用有限元软件Abaqus,对轴心受压状态下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced ploymer,CFRP)布约束的混凝土矩形短柱的力学性能进行分析.计算结果与实验结果吻合较好,表明建立的有限元模型能够较好地模拟CFRP布约束的混凝土矩形短柱的轴压受力变形全过程.最后,探讨了CFRP布层数、倒角半径、截面长宽比和混凝土强度对约束混凝土强度的影响.

带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

设置对穿螺栓可以提高钢管混凝土短柱的力学性能,以试件同参数的ANSYS模型为原始算例,研究对穿螺栓的直径和纵向间距、套箍系数、宽厚比、长宽比、材料强度等参数对其轴压力学性能的影响。结果表明:设置对穿螺栓可以提高钢管对核心混凝土的约束效应,核心混凝土的应力分布表现为以对穿螺栓为分界线形成两个有效约束区,且四个角部的应力值最大;随着对穿螺栓纵向间距的减小、直径的增大,试件的承载力、变形能力、延性提高;试件承载力可随着套箍系数的增加、宽厚比的减小、材料强度的增强有小幅度提高。提出带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力的计算方法,得到的计算值和试验值吻合良好,该方法还同样适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算,计算过程简便且准确度高。

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力;考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%;在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载;钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小;随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小;随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。

基于统一强度理论的带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力研究

为了研究带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的力学性能,以轴向荷载作用下的带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱为研究对象,在矩形钢管混凝土短柱轴压承载力研究的基础上,采用统一强度理论,考虑中间主应力、材料拉压比、约束拉杆对核心混凝土承载力的增强效应、钢管宽厚比对钢管承载力的折减效应等因素的影响,对其轴压承载力进行分析,得到了基于统一强度理论的承载力计算式。将所得计算式的计算值与相应文献的试验值进行了比较,吻合较好,验证了本计算式的正确性。对钢管宽厚比、拉杆直径、拉杆强度以及拉杆间距等影响因素进行分析,结果表明:钢管混凝土柱的极限承载力随钢管宽厚比的增大而下降,随约束拉杆的水平间距减小而得到提高,随约束拉杆直径和强度的变化而变化很小。研究结果可以为带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的研究提供一定的理论参考。

CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析

为了研究预载水平对碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP,又称为"碳纤维布")约束型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)矩形短柱轴压性能的影响,文章采用有限元软件对已有试验试件进行了数值模拟,结果表明采用混凝土损伤塑性模型可较好地模拟预载后加固型钢混凝土柱在有材料损伤后的力学性能。通过数值分析发现,碳纤维布对型钢混凝土矩形短柱的约束作用主要集中在水平截面的柱角部和靠近型钢部位;预载水平提高后,峰值荷载下试件中混凝土的竖向应力降低,且远离型钢部位的柱角部混凝土应力变化最明显,同时预载水平对碳纤维布工作应变有影响;建立了预载水平与碳纤维布有效拉应变的关系式。

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能，以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数，进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等，并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满，没有明显的捏缩；设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力；带约束拉杆试件的极限位移角在1／19-1／50之间，位移延性系数在3．28-6．25之间；破坏时的等效黏滞阻尼系数在0．3以上；增加轴压比降低了试件的延性；减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能；保持截面宽度不变，增加截面长宽比，可提高试件承载力，但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。

带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。

矩形钢管自密实自应力混凝土短柱轴压试验研究

为了克服混凝土的体积收缩和开裂,提高矩形钢管内混凝土的密实度,确保钢管和混凝土更好的工作,使结构自身产生较高的自应力,提高结构整体力学性能,通过对3根矩形钢管自密实自应力混凝土短柱的轴心受压试验,分析矩形钢管自密实自应力混凝土的钢管与核心混凝土的变形情况,与普通钢管混凝土进行比较,对此种结构的破坏形态、受力状态、承载能力和延性等特点进行分析。结果表明:在试验过程中,其核心混凝土始终处于三向应力状态下,使得矩形钢管自密实自应力混凝土结构的弹性工作阶段加长,弹性阶段可达到极限荷载的85%以上,与CECS 28 ∶2012《钢管混凝土结构设计与施工规程》相比较,初始自应力的存在,使得矩形钢管自密实自应力混凝土构件极限承载能力提高的幅度在15%以上。自应力的存在亦使矩形钢管自密实自应力混凝土短柱位移延性系数降低。