角钢约束混凝土中长柱轴心受压承载力有限元分析

本文在试验基础上,用Ansys软件对角钢约束混凝土中长柱轴心受压过程进行有限元模拟,通过结合有限元分析结果和试验现象深入探讨了角钢约束混凝土中长柱的轴心受力机理,分析并验证了加密缀板间距和提高混凝土强度可以提高承载力。并且结合试验数据和参考公式提出了角钢约束混凝土中长柱轴心受压承载力修正公式,为此类构件应用提供参考。

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。

CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土中长柱的受力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱轴心受压试验,把复合加固柱核心混凝土分成有效约束区和弱约束区,研究了有效约束区和弱约束区混凝土的本构关系.在此基础上,把柱截面划分成若干计算单元,编制了全过程分析程序进行数值模拟计算.研究表明,计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考.

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明:角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明:设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。

角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压性能数值研究

采用有限元分析软件ABAQUS对18个角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的轴压性能进行了数值模拟研究。将角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱和圆钢管约束型钢混凝土柱的轴压性能进行对比分析,进而研究了钢管径厚比、钢骨含钢率、缀板间距等因素对试件最大荷载和延性的影响。结果表明:角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱具有良好的受压性能;角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的最大荷载和延性随着钢管径厚比和缀板间距的减小以及钢骨含钢率的增加而增大,且延性增加的幅度随之逐渐减小;钢骨含钢率处于3.87%～7.18%时,试件有较高的最大荷载和延性;缀板间距可依据普通格构式柱的设计要求取值。提出了角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压承载力建议计算公式,计算结果偏于安全保守,可用于工程设计参考。

FRP强约束混凝土配筋中长柱稳定系数的研究

本文通过长细比L/ b为4.5～17.5截面经圆弧化处理、外包FRP后的矩形截面的钢筋混凝土柱的轴心受压试验,研究了长细比对稳定承载力的影响.结果表明:长细比对FRP约束混凝土柱的稳定承载力影响远比螺旋配筋柱和普通钢筋混凝土柱严重,但当长细比不大于17.5时,其稳定承载力仍比未包裹柱高20%(约束比ξ=0.198)以上.文章还通过FRP强约束混凝土的本构关系、破坏准则的选择及初始缺陷的设置等,成功地利用ANSYS有限元软件对该类柱进行了非线性分析.获得了试件截面形状和约束比ξ等因素对该类柱稳定系数ψ的影响规律,归纳了可供工程设计人员参考的稳定系数的计算公式.

FRP强约束混凝土配筋柱稳定承载力的试验研究

通过长细比Lb为4.5～17.5的6根截面经圆弧化处理、外包FRP后的矩形截面的钢筋混凝土柱的轴心受压试验,研究了长细比对稳定承载力的影响。结果表明:长细比对FRP约束混凝土柱的稳定承载力影响远比螺旋配筋柱和普通钢筋混凝土严重,但当长细比不大于17.5时,其稳定承载力仍比未包裹柱高20%(约束比ξ=0.188)以上。讨论了影响稳定系数φ的因素,给出了稳定系数的参考值,可供工程设计人员参考。

钢管约束钢筋混凝土轴压长柱数值模拟

钢管约束混凝土柱是在钢管混凝土柱、箍筋约束混凝土柱和型钢混凝土柱的基础上发展起来的一种新型组合结构构件,具有承载力高、延性好、抗火性能好、施工方便等优点。目前国内外对钢管约束混凝土柱的研究刚刚起步,以往的研究也主要集中在轴压短柱方面,而对工程中最为常见的中长柱构件鲜有报道。本文对圆钢管约束钢筋混凝土中长柱的轴压性能进行了有限元分析。通过有限元模拟,给出了圆钢管约束钢筋混凝土柱荷载位移曲线,并对其进行了全过程分析。

角钢加固混凝土组合柱偏压试验与建议

结合某一工程框架柱的加固需要,采用角钢约束原混凝土柱的设计方案。鉴于对角钢约束混凝土加固柱基本力学性能的研究尚少,文中开展角钢约束混凝土偏心受压柱力学性能试验,获得荷载-变形曲线,考察偏压柱的承载性能与偏心率的关系,验证理论计算公式的正确性。从而确定本工程加固后偏压柱的承载力,进一步确定桁架信号塔的设计高度,为实际工程提供技术支撑,同时为工程加固技术规程提供可靠的依据。

角钢约束高强混凝土偏压短柱力学性能的试验与理论研究

为研究角钢约束高强混凝土短柱的偏压性能,以偏心率为参数开展了5根长细比为3的角钢约束高强混凝土短柱试验研究,观察试件在偏压作用下的破坏现象和破坏过程,获得5个试件的荷载-位移曲线、角钢及缀板的荷载-应变曲线及荷载-侧向位移曲线。研究表明,角钢约束高强混凝土短柱具有较高的承载性能,其延性性能及承载力随着偏心率的增加而降低,当试件的偏心率为0.333时,承载力减小幅度达到60.8%。通过分析得到试件的承载力和钢材的应变发展规律及不同偏心率下角钢混凝土短柱的P-M相关曲线,给出偏压试件承载力的比值Pue/Pu0与偏心率e'0的关系。最后提出角钢约束高强混凝土短柱偏压承载力简化设计公式,计算结果与试验结果吻合良好。

角钢约束混凝土轴压短柱力学性能研究

对10个高宽比为3的角钢约束混凝土短柱进行轴心受压试验,观察试件的破坏过程,得到了试件的荷载-轴向位移关系曲线,根据试验结果,分析了构件截面尺寸、缀板间距以及混凝土强度对角钢约束混凝土柱承载力的影响;利用有限元软件ANSYS对试验过程进行数值仿真分析。结果表明:试件最终破坏时在试件中部附近位置角钢和缀板出现凸鼓变形;随着缀板间距的增大,试件的承载力逐渐减小,荷载-位移曲线下降越明显,可见在相同条件下,缀板间距是影响角钢约束混凝土短柱承载力的主要因素。在试验和仿真分析的基础上提出角钢约束混凝土轴压短柱承载力的简化计算式。

FRP纤维缠绕角度对FRP管约束钢骨混凝土中长柱偏压力学性能的影响分析

利用ABAQUS有限元分析软件,对20个FRP管约束钢骨混凝土偏压中长柱进行有限元分析,将有限元分析结果与已有试验结果进行对比,在验证有限元分析结果正确的基础上,针对组合柱的受力全过程进行有限元分析,研究FRP纤维单、双向缠绕角度对组合柱偏压力学性能的影响,进一步分析FRP管、钢骨协同工作性能。研究表明:偏心受压中长柱的受力过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段3个阶段;对于FRP管壁纤维单缠绕构件,长细比为5时,其极限荷载随着缠绕角度的增大而增大;长细比为8时,其极限荷载随着缠绕角度的增大而降低,但后期延性性能却有所提高;对于FRP管壁纤维同向交替缠绕构件,长细比为5时,其极限荷载均比相应的单向缠绕角度的构件低;长细比为8时,其极限荷载均比相应的单向缠绕角度的构件高;对于长细比为8的FRP管壁纤维双向交叉缠绕构件,其极限荷载均高于同组其他构件;偏压组合柱的截面应变符合平截面假定,各组成材料之间协同工作性能较好。