侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。

轴压比对矩形钢管混凝土框架受力性能影响的有限元分析

基于一榀单跨两层矩形钢管混凝土框架的抗震性能试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立了框架的非线性有限元分析模型,模型中考虑了混凝土反复荷载下的刚度退化.通过与试验结果的对比分析,验证了该模型的正确性,可以用于矩形钢管混凝土框架的结构分析中.利用该模型对不同轴压比下框架的骨架曲线进行了对比,并对其受力性能进行了分析.结果表明,随着轴压比的增大,框架的延性和承载力随之降低.

方钢管混凝土框架梁柱节点的抗震性能研究

采用ANSYS有限元软件对方钢管混凝土框架梁柱常用的两种节点形式即栓焊混合连接和全焊接连接进行了三维实体建模 ,在此基础上利用非线性有限元方法研究了两种节点在低周往复荷载作用下的滞回性能 ,并对两种节点形式的抗震性能进行了比较 ,结果表明 ,全焊接连接节点的抗震性能优于栓焊混合连接节点。

应用OpenSEES模拟方钢管混凝土柱的抗震性能

应用OpenSEES有限元软件计算方钢管混凝土柱的水平力-位移滞回曲线。考虑到钢管与混凝土相互作用的机理,采用Mander混凝土本构模型,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上对方钢管混凝土柱进行了参数分析,讨论了纤维模型数量、单元划分数量和材料本构等因素的影响。结果表明:基于OpenSEES建模方式与模型参数选取合理;增大钢材屈服强度,可以提高方钢管混凝土柱水平承载力,混凝土强度对方钢管混凝土柱的水平承载力影响则不大。

矩形钢管混凝土K型节点数值分析探讨

采用有限元分析技术,针对矩形钢管混凝土桁架K型节点的受力性能问题,进行了非线性数值模拟,计算值与试验值吻合较好。结果表明,论文所建立的三维有限元模型是有效的。通过研究钢管混凝土K型节点典型的荷载-变形全过程关系曲线的特征,考察了节点区域受力变形发展过程、应力应变分布情况以及钢管和混凝土相互作用等受力机理。

圆端形钢管混凝土柱的局部稳定性研究

圆端形钢管混凝土柱被逐渐用于实际工程,但在其钢管局部稳定的相关研究和工程实践建议尚鲜见报道。为探究初始缺陷对圆端形钢管混凝土柱中钢管承载力的影响规律,基于有限元模型,建立了13根圆端形钢管混凝土柱和9根空钢管典型算例,主要参数包括初始缺陷模态,钢管宽厚比,钢材屈服强度。研究结果发现,一阶屈曲模态作为初始缺陷的影响最大;钢材强度对平直段平均应力的影响较小;填充混凝土后平直段钢管的局部稳定性被显著提高;平直段钢管的平均应力随着宽厚比的增大而减少。基于参数分析,认为平直段钢管的承载力简化计算式,简化计算承载力与数值模拟承载力吻合较好。

轴压比对矩形钢管混凝土框架受力性能影响的有限元分析

基于一榀单跨两层矩形钢管混凝土框架的抗震性能试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立了框架的非线性有限元分析模型,模型中考虑了混凝土反复荷载下的刚度退化。通过与试验结果的对比分析,验证了该模型的正确性,可以用于矩形钢管混凝土框架的结构分析中。利用该模型对不同轴压比下框架的骨架曲线进行了对比,并对其受力性能进行了分析,结果表明:随着轴压比的增大,框架的延性和承载力随之降低。

圆端形钢管混凝土构件的剪切力学性能研究

利用ABAQUS数值分析软件探究圆端形钢管混凝土柱的抗剪力学性能。建立合理的圆端形钢管混凝土柱受剪作用下的有限元模型,进行了该类典型构件的受力机理分析及参数分析。分析显示:圆端形钢管混凝土构件表现出较高的抗剪能力和变形性能;组合构件中核心混凝土承担了约58.5%荷载,对于外钢管而言,钢腹板钢管承担了大部分剪力;钢管约束后,核心混凝土的抗剪力提高了490%。基此,提出了圆端形钢管混凝土构件抗剪承载力的简化计算式。

矩形钢管混凝土连续组合桁梁破坏模式

为了对矩形钢管混凝土组合桁梁桥工程设计提供参考并助力该桥型的进一步推广应用,采用与试验结果相验证的有限元方法对矩形钢管混凝土连续组合桁梁主桁应力、混凝土桥面板应力、桥面板钢筋应力、核心混凝土应力、杆件屈服进程、杆件塑性变形进行失效全过程分析。基于截面塑性铰模型提出矩形钢管混凝土连续组合桁梁合理破坏机制;以截面刚度、承载力、结构是否发生合理破坏模式为评价指标,对桥面板配筋率、桥面板厚度、腹杆和弦杆壁厚比、弦杆内填混凝土强度等级等一系列设计参数合理取值范围展开研究。研究结果表明:桥面板配筋率合理取值宜为1.39%~2.31%;桥面板厚度对组合桁梁负弯矩区承载力影响更为明显;腹杆与弦杆壁厚比α的合理分布为0.667~1.0;中支点下弦杆、跨中上弦杆内填混凝土强度等级的提高对提升组合桁梁刚度和承载力效应更为显著。

基于PSO优化BP神经网络的矩形钢管混凝土轴压承载力预测

在预测矩形钢管混凝土柱(CFRST)轴压承载力方面,传统BP神经网络存在系统不稳定、收敛速度慢以及超参数选择困难等问题,这会影响预测模型的稳定性以及预测结果的准确性。为了改善传统BP模型的这些缺陷以达到更好的预测效果,将粒子群优化算法(PSO)应用于BP预测模型,提出了基于PSO-BP神经网络的CFRST轴压承载力预测模型PB7-7-1。结果表明:与传统BP模型相比,PB7-7-1模型预测值的波动范围大幅减小,其中45%构件预测值的绝对相对误差(ARE)在5%以内,80%构件的ARE在10%之内;且后者预测精度提升了30.79%,其预测值的平均ARE仅为6%。这说明基于PSO-BP神经网络的PB7-7-1模型在CFRST轴压承载力预测的稳定性以及预测结果的准确性方面相较于传统BP网络均有显著提升。此外,根据PB7-7-1模型隐含层和输出层的权重及偏置构建了CFRST轴压承载力预测公式。最后,利用SHAP机器学习解释算法分析了各输入参数对轴压承载力的重要性和贡献。

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中。为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比。结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢管对混凝土形成一定约束;峰值荷载后钢管发生局部屈曲;受力全过程柱中截面始终保持为平截面,挠曲形状接近正弦半波曲线。然后建立有限元模型,有限元计算结果和试验结果吻合较好。继而开展参数分析,结果表明,稳定系数随着钢材屈服强度、长细比和混凝土强度的增大而减小;混凝土强度、含钢率、长细比和钢材屈服强度对相对轴力-相对弯矩相关曲线有较大影响。最终,基于参数分析修正了圆端形钢管混凝土长柱的轴压和偏压承载力的计算方法,简化计算承载力与实测承载力及有限元预测承载力吻合良好。

Mechanical behavior of concrete-filled rectangular steel tubular composite truss bridge in the negative moment region

Concrete-filled rectangular steel tubular(CFRST)composite truss bridge is a new type of structure composed of a CFRST truss and concrete deck slab.This new type of bridge has the advantages of high structural force-transferring efficiency,rapid assembly construction speed and excellent total life cycle,which meets the construction concept of green,recyclable and sustainable development.Due to the broad application prospects,experiment on the flexural behavior of CFRST composite truss bridge in the negative moment region was reported by authors previously.This paper thus presents a finite element analysis(FEA)modelling verified by the reported test data to further investigate the detailed analytical behavior of this structure.The structural response and failure mechanism of CFRST composite truss beam in the negative moment region are studied.In addition,the important structural design parameters on the flexural performance of the CFRST composite truss beam are also investigated,including the height to span ratio,the brace-to-chord wall thickness ratio,the reinforcement ratio of steel reinforcements and prestressed tendons and the strength grade of concrete infill in chords.Finally,the reasonable structural design parameters range are proposed for the optimum design of the CFRST composite truss bridge.