圆中空夹层钢管混凝土叠合构件有限元模型建立及纯弯性能研究

文章主要利用有限元模拟软件对圆中空夹层钢管混凝土叠合构件进行建模,研究在纯弯荷载作用下的力学性能分析,在证明模型建模的正确性后,通过数据分析,详细地探讨了空心率、内外层钢管壁厚、夹层混凝土强度和外层混凝土强度等多种因素对圆中空夹层钢管混凝土叠合构件在纯弯荷载下对极限承载力、初始刚度的影响。

圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能研究

目的对圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能进行有限元分析,为该类构件设计提供计算依据。方法首先利用已有试验验证模型的准确性;其次应用有限元软件ABAQUS对典型构件的弯矩-挠度曲线进行分析,定义4个特征点,研究不同特征点处试件的工作机理,分析不同参数对构件抗弯承载力的影响;最后应用叠加原理和极限平衡原理推导出圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯承载力简化计算公式。结果钢管直径由80 mm增加到100 mm、120 mm,即空心率由0.137增加到0.221、0.325时,承载力分别降低了5.2%和19.5%;建议的纯弯承载力简化公式计算结果与试验结果吻合良好。结论圆中空钢管混凝土叠合构件在减轻自重的条件下具有较好的承载能力和延性,可以满足工程需要。

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。

带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件试验研究

为加强中空夹层钢管混凝土的力学性能,提出了在中空夹层钢管混凝土内外钢管间焊接双向对拉拉筋的构造措施。针对带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能开展了试验研究,研究配置拉筋对试件极限弯矩、抗弯刚度和横向变形系数的影响。采用合理的混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元软件建立并验证了带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件三维实体有限元模型,试验结果与有限元计算结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外钢管应力及核心混凝土应力的影响,研究结果表明:拉筋能有效缓解了内外钢管的局部鼓曲,提高试件的极限弯矩、抗弯刚度;拉筋加强了内外钢管对混凝土的约束作用,使得内外钢管受力更加合理。

钢管自应力混凝土构件纯弯力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件计算分析了钢管自应力混凝土纯弯构件的力学性能,并作了试验验证,在此基础上,分析了钢管自应力混凝土纯弯构件受力过程中的弯矩-挠度关系以及钢管和混凝土间的相互作用。讨论了在初始自应力影响下,钢管自应力混凝土的力学性能。结果表明,在相同条件下,钢管自应力混凝土比普通钢管混凝土的纵向应力分布更加均匀,弹性工作阶段有所增长,抗弯承载力也得到了提高,但当自应力水平达到某一数值后,抗弯承载力有一定程度的下降。

酸雨环境下方钢管再生混凝土纯弯力学性能试验研究

以混凝土骨料类型和腐蚀程度为主要变化参数,设计了6个方钢管混凝土试件,先将其置于酸雨腐蚀溶液中对其进行通电加速腐蚀,再对其纯弯力学性能进行分析。试验结果表明：腐蚀前期,实测的腐蚀厚度略低于理论的腐蚀厚度,后期则较为接近;方钢管再生混凝土试件与方钢管普通混凝土试件有着类似的破坏形态,钢管再生混凝土的极限承载力比钢管普通混凝土略低;随着腐蚀程度的加深,试件的弹性阶段刚度、承载力及后期延性下降,且目标腐蚀度为20%的试件比目标腐蚀度为10%的试件极限承载力下降幅度更大。通过有限元软件ABAQUS计算方钢管再生混凝土构件的纯弯力学性能,并对其弯矩-挠度关系曲线进行分析。计算结果表明：有限元模拟的试件在线弹性阶段的刚度比试验中略大,但所得到的各个试件的极限承载力和试验结果比较接近,且有限元计算模型的破坏模态与试验中试件的破坏形态吻合得也较好,折减钢管壁厚的方法可以有效模拟酸雨腐蚀对钢管普通（或再生）混凝土纯弯试件承载力的影响。

复合截面方钢管混凝土梁的抗弯性能试验研究

为改进方钢管对混凝土的约束作用,作者设计了两种复合截面方钢管混凝土梁,与普通方钢管混凝土梁进行了抗弯性能的对比试验。并采用数值分析方法对全过程进行分析,计算结果和试验结果吻合良好。试验结果可为进一步研究方钢管混凝土柱的压弯性能提供参考。

Pure bending of simply supported circular plate of transversely isotropic functionally graded material

This paper considers the pure bending problem of simply supported transversely isotropic circular plates with elastic compliance coefficients being arbitrary functions of the thickness coordinate. First, the partial differential equation, which is satisfied by the stress functions for the axisymmetric deformation problem is derived. Then, stress functions are obtained by proper manipulation. The analytical expressions of axial force, bending moment and displacements are then deduced through integration. And then, stress functions are employed to solve problems of transversely isotropic functionally graded circular plate, with the integral constants completely determined from boundary conditions. An elasticity solution for pure bending problem, which coincides with the available solution when degenerated into the elasticity solutions for homogenous circular plate, is thus obtained. A numerical example is finally presented to show the effect of material inhomogeneity on the elastic field in a simply supported circular plate of transversely isotropic functionally graded material (FGM).