基于BP神经网络的缺陷CFST短柱承载力预测

目的基于大量钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)短柱承载力试验数据,利用神经网络建立其承载力和破坏模式与构件各特征参数之间的映射关系,以便对复杂参数下的带缺陷CFST柱承载力进行预测。方法通过对国内外文献中试验数据的收集整理,选取89组缺陷圆形CFST短柱承载力试验数据,构建并训练一个多层BP神经网络模型,对缺陷圆形CFST短柱承载力进行预测,并将预测值与实际值进行比较。结果利用笔者构建的模型得到的缺陷圆形CFST短柱承载力的预测值与其实际值相比,两者间的绝对相对误差ARE数值在5%之内,并且样本数据回归曲线的误差值r值接近1,验证了网络构建的有效性,以及预测结果的精确性。结论BP神经网络对于预测缺陷圆形CFST短柱承载力是有效、准确的,为研究缺陷圆形CFST短柱的承载力提供了新方法。

结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

为了研究在低周往复荷载作用下结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能的影响,对6根方钢管混凝土短柱开展了水平往复加载试验,分析了截面尺寸对柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及不同抗震性能指标(如刚度退化、耗能能力、延性等)的影响,阐明了不同截面尺寸对柱名义抗剪强度的影响规律和机制,研究结果表明:不同截面尺寸的试件破坏形态基本相同,表现为柱底部钢管鼓曲、核心混凝土被压碎的破坏形态;当截面尺寸由200 mm增至600 mm时,在不同加载方向上,方钢管混凝土短柱名义抗剪强度分别下降了63.1%(59.8%),表现出显著的尺寸效应;随着截面尺寸增大,相对名义刚度与平均耗能系数呈降低趋势;JIN等提出的考虑尺寸效应的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好,说明考虑尺寸效应的方钢管混凝土柱抗剪承载力计算公式能够较为准确的预测其抗剪承载力。

变截面圆钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

为研究变截面圆钢管混凝土短柱的轴压性能,开展6个变截面和2个等截面圆钢管混凝土短柱的轴压试验,试验参数包括变角度和套箍指标。从短柱整体轴压性能(破坏形态、荷载-位移曲线和变形能力)和截面轴压性能(钢管应变)两个层面对比分析变截面与等截面圆钢管混凝土短柱的异同,并得到各设计参数对整体和截面轴压性能的影响。在此基础上,建立了变截面圆钢管混凝土的截面轴压承载力计算方法,并通过对比所提计算方法和规范计算公式计算得到的轴压承载力与试验实测值,验证了计算方法的准确性。结果表明:试件上部截面的钢管纵向应变和环向应变发展较下部截面更快,弹塑性阶段和下降阶段试件整体的受力性能更多取决于试件的顶部区域和顶截面;相比于等截面短柱,在相同荷载作用下变截面圆钢管混凝土短柱中间截面的钢管纵向和环向应变更大;变截面圆钢管混凝土的钢-混相互作用非常明显;提出的计算方法不仅能考虑圆钢管与混凝土的相互作用,而且能合理考虑钢-混相互作用随变角度的增大而逐渐增强这一特性,计算得到的轴压承载力与试验值吻合较好;与其他规范相比,GB 50936—2014和CECS 28:2012中公式的计算结果更加准确,考虑到其简单实用,也可用来偏于安全地计算变截面钢管混凝土构件的截面轴压承载力。

变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的性能研究

本文对变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的滞回特性进行了理论分析和试验验证， 对装置的隔震作用以及耗能特性进行了讨论。通过低周反复荷载试验， 验证了分析的正确性。同时， 试验还证明， 变刚度钢管混凝土短柱隔震装置能很好地耗散能量， 从而减小地震反应。作者认为， 该装置是一种价格性能比较优越的隔震装置，

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析

对CFRP-钢管混凝土轴压短柱这种新型构件的受力性能进行了理论分析,提出了此类构件承载力计算的基本假定;采用极限平衡法,推导出钢管屈服时构件承载力和碳纤维片拉断时构件极限承载力的解析计算式;对8根CFRP-钢管混凝土轴压短柱和4根钢管混凝土柱的极限承载力进行试验研究,并将解析分析结果与实验数据比较,证明了提出的解析计算式的正确性。

徐变对钢管混凝土轴心受压短柱紧箍应力影响分析

在对钢管混凝土轴心受压短柱的徐变进行分析的基础上 ,进一步考虑了徐变对其紧箍应力的影响。构造了徐变过程中计算构件紧箍应力的方法 ,应用此方法首次得到了构件的紧箍应力在徐变过程中的变化趋势 ,与试验结果对比证明本方法是正确。

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.

新型金属管混凝土柱力学性能研究Ⅰ:轴压短柱强度承载力的研究

钢管混凝土具有诸多优点,使其得到广泛的应用和研究。但也有缺点,如钢材的耐腐蚀性差,导致其后期维护费用较大。由于高强钢可以有效地减小构件的尺寸和结构的重量,不锈钢具有良好的耐腐蚀性能,铝合金具有外表美观、防腐蚀等优点,因此在上述3种金属管中填充混凝土形成新型金属管混凝土结构,具有广泛的应用前景。主要研究了3种金属管混凝土短柱的强度计算公式,并通过有限元模拟验证了公式的正确性。

CFRP-钢管混凝土轴压短柱的强度计算

将CFRP(碳纤维复合增强塑料)应用于钢管混凝土结构,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了简要的理论分析;应用塑性全量理论的Hencky应力应变关系来确定钢管进入塑性后CFRP-钢管混凝土构件的极限承载力,推导出碳纤维拉断时构件极限承载力的解析计算式;并将解析分析结果与试验数据比较。

锈蚀方钢管混凝土短柱轴压承载力研究

采用ABAQUS有限元软件,建立模拟酸雨溶液腐蚀后方钢管混凝土轴压短柱有限元模型。为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀方钢管混凝土短柱进行轴压全过程分析,比较不同锈蚀率下方钢管混凝土柱荷载-轴向位移关系、外钢管承担的荷载-轴向位移关系、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系的变化规律。并对锈蚀方钢管混凝土轴压短柱进行参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对方钢管混凝土柱极限承载力的影响,最后给出酸雨腐蚀后方钢管混凝土柱极限承载力建议计算式。

短柱隔震模型与非隔震模型模拟地震振动台 对比试验研究

本文取一栋四层砖混住宅的标准单元为模型．在两种情况下：即房屋模型底部加设钢管混凝土短柱隔震支座和不加设钢管混凝土短柱隔震支座，分别进行了模拟地震振动台试验．通过试验结果的对比，了解了钢管混凝上短柱支座隔震模型的隔震效果及其抗震性能．

轴压圆钢管混凝土短柱非线性徐变效应分析方法

运用连续介质损伤力学的方法,分析轴压圆钢管混凝土(CFST)短柱在高应力水平下的非线性徐变效应.提出一种新的均匀约束条件下的混凝土塑性损伤本构模型(DPM-UC),以便于模拟高应力下的塑性和损伤演化;以DPM-UC为基础,提出一种新的考虑混凝土徐变三维特性的非线性徐变效应分析理论框架,建立相应的数值分析方法,并嵌入到有限元分析软件ABAQUS中.将不同应力水平下的徐变试验结果与分析结果进行对比,结果显示:当承受较大应力水平时,采用非线性与线性徐变理论的计算结果差异明显,采用非线性徐变理论的预测值与实测值更为接近,验证了所提方法的可靠性与合理性.

不同加劲的方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为改善方钢管混凝土短柱的脱空现象,提高钢管和混凝土的组合作用,本文提出了利用开孔肋加劲方钢管混凝土短柱。通过对空钢管混凝土、直肋和开孔肋加劲的钢管混凝土进行轴压试验,研究了加劲后的方钢管混凝土短柱的轴压性能和承压机理,并分析了各类试件的破坏特征、极限承载力和位移。研究结果表明:加劲后构件的钢管鼓曲形态变为双波型鼓曲;钢管和加劲件为核心混凝土提供了更可靠的约束;混凝土受压破坏部位范围更大;短柱的极限承载力均得到了有效的提高,直肋对承载力的影响程度更大,开孔肋则对构件的变形影响更大。

有脱空缺陷的钢管混凝土短柱承载力分析

钢管混凝土柱在有脱空缺陷时,会对其承载力产生影响。首先基于ANSYS有限元软件对完好短柱的轴压承载力试验进行模拟,然后取80个带有脱空缺陷的钢管混凝土进行有限元模拟计算,最终将缺陷和其承载力关系量化。

矩形钢管混凝土短柱轴压承载力神经网络评估

人工神经网络在信息处理和计算方面优于传统方法 ,它不但具有一般的计算能力 ,还可以通过学习和记忆而获得知识进行推理 ,找出输入、输出、变量之间的关系从而得出结果。由于对矩形钢管混凝土的研究不够深入 ,故各种因素对矩形钢管混凝土短柱承载力的影响难以确定。探讨了用人工神经网络理论预测矩形钢管混凝土轴心受压构件强度承载力的可行性 ,在矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力试验的基础上 ,训练了一个三层 BP网络模型 ,并对矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力进行了预测 ,从而为承载力的评估提供了一种不同于传统思路的新方法。

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验

为了弥补仅设加劲肋和仅设拉杆的方钢管混凝土柱存在的性能不足,本文提出了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱。制作了1个仅设置加劲肋方钢管混凝土短柱和5个穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱,进行轴压试验,并对比分析了试件的破坏过程、破坏形态、承载力、延性等,以及加劲肋、拉杆、钢管壁的应变曲线。结果表明:拉杆直径增大对试件极限承载力的提高有限,但可以提高延性;拉杆纵向间距缩小使核心混凝土受到加劲肋和管壁的约束作用增强,试件的极限荷载和延性均有较大提高。穿孔肋拉杆的设置能增强对核心混凝土的约束作用,提高钢管壁的屈曲强度,延缓了加劲肋与混凝土之间的黏结滑移和变形,提高带肋方形钢管混凝土短柱的极限轴压承载力和延性。研究成果对穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的研究和实际工程应用有重要的参考价值。

外套钢管加固受损钢管混凝土短柱轴压试验研究

为了研究受损钢管混凝土短柱加固前后的力学性能，对13根采用外套钢管加固的受损钢管混凝土短柱进行试验研究．试验通过改变试件损伤率、外套钢管壁厚等变化参数，考察试件破坏形态以及变形情况，进而分析这些参数对加固前后受损钢管混凝土试件的影响．结果表明：当损伤率小于10％时，外套钢管对试件承载力的影响不大，只是在后期延性方面影响较大；随着外套钢管壁厚的增大，加固试件承载力是受损试件承载力的1．9～2．5倍．

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标。结果表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7%,延性提高了30%;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10%,延性提高了19%。

国内外规程关于圆钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算公式的对比

短柱轴压承载力是钢管混凝土最重要的力学指标之一,但目前对钢管高强混凝土力学性能的研究不够深入,强度指标不统一,各种计算方法差异较大,给工程应用带来困难。通过分析和对比11种国内外规程中计算钢管高强混凝土轴压承载力公式的差异,根据计算理论将其分为三类:套箍混凝土理论、统一理论、叠加计算理论。结合3个大尺寸轴压短柱试验研究结果,指出基于统一理论和叠加计算理论的结果较试验值低9%~31%,偏于保守;而《高强混凝土结构技术规程》(CECS 104∶99)的计算值与试验结果最为吻合且偏于安全,适用于工程实际;4种国外规程对钢管作用于混凝土的环箍效应考虑较少甚至不考虑,不能充分利用钢管混凝土的承载能力,在进行计算或设计时值得注意。