圆形截面钢管混凝土受弯构件塑性发展系数的双因素计算模型研究

为了综合考虑截面几何和材料特性对圆形截面钢管混凝土(CFST)受弯构件抗弯强度的影响,选择截面厚径比和材料强度比作为自变量,研究建立了圆CFST受弯构件截面塑性发展系数的二元函数计算表达,并建立了截面抗弯强度计算模型。首先在确定厚径比和强度比取值范围的基础上,设计1 656个圆CFST受弯构件的数值模型,利用纤维模型法计算确定每个构件的截面抗弯强度和塑性发展系数。然后选择截面钢管壁厚与外径之比、钢管强度与核心混凝土强度之比作为自变量,通过回归分析建立圆CFST构件的截面塑性发展系数的二元函数表达式,据此提出了圆CFST构件截面抗弯强度的计算模型。最后通过与试验数据、现行设计规范和研究文献中不同计算模型进行对比分析,验证了建立的圆形截面钢管混凝土受弯构件的截面塑性发展系数和抗弯强度计算模型具有更高的精度和适用性。

侧向冲击作用下钢管混凝土构件的简化分析模型

对两端固定的钢管混凝土构件在冲击作用下的动力响应进行数值模拟,通过分析构件支座与跨中"塑性铰"形成机制及特征,提出了圆钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的简化分析模型.一系列工况的比较与验证表明,简化分析模型估算结果与数值模拟结果误差较小,该模型在估算跨中、支座动态截面极限弯矩以及跨中截面最大挠度方面,可以得到比较满意的计算结果,可为工程提供参考.

壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究

对置于锥型刚性底座上内径D为54.4mm的7种不同壁厚A3无缝圆钢管,在轴压作用下撕裂卷曲破坏进行了较为系统的实验研究.实验过程中记录了载荷-位移曲线,并得到试件螺旋状残余变形模态.对实验结果的分析中认为耗散能主要由撕裂能、塑性弯曲变形能和摩擦能3部分构成.分析结果表明,圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗中所占比例的影响较明显,对摩擦能所占比例的影响甚微.

爆炸荷载作用下多排钢管结构的大变形响应

采用八塑性铰变形模态,对爆炸荷载作用下多排钢管的压扁运动场进行了描述。基于虚速度原理,建立了多排钢管动力压扁模态解方程。由拉格朗日第二类方程确立初始条件,用差分法求解出各层钢管结构的传递荷载和压扁量大变形响应。计及应变率效应和材料硬化效应,计算值与试验结果相符。结果表明,采用模态法求解多排钢管的大变形动响应是可行的。

BRB-钢管高强混凝土结构的抗震性能分析

为了研究屈曲约束支撑-钢管高强混凝土框架结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能,结合我国抗震规范,利用通用有限元分析软件SAP2000对设置了屈曲约束支撑的三层钢管高强混凝土框架结构进行静力弹塑性分析,得到了该结构在地震作用下的能力曲线、层间位移、顶点位移和塑性铰分布情况等相关参数,并对其抗震性能进行了分析.结果表明,框架中设置的屈曲约束支撑可有效提高钢管高强混凝土结构的抗震性能,满足结构抗震性能的要求.

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角恢复力模型

采用Clough双线性恢复力模型作为双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角关系恢复力模型。推导了骨架线上两个控制点即屈服点和极限点的弯矩、转角计算式。基于建立的弯矩-转角恢复力模型,计算了9个双壁空心管柱试件截面的屈服弯矩和极限弯矩以及水平力加载位置的屈服水平位移、极限水平位移和水平力-位移滞回曲线,计算结果与试验结果符合较好。

双锥型变截面矩形钢管的试验研究及承载力分析

双锥型变截面矩形钢管是指两端为锥型变截面、中间为等截面的组合矩形钢管构件。首先推导双锥型变截面矩形钢管的强度最不利破坏截面位置的判断公式,阐述双锥型变截面矩形钢管在压弯和压弯扭试验中不同加载方式下试件的破坏模式、塑性区发展过程及承载力结果,并结合大量有限元模型分析,进行不同弯压比下构件承载能力的比较。研究表明,双锥型变截面矩形钢管与等截面构件相比,在弯矩作用下具有更高的承载力,且塑性铰位置避开构件端节点,使整体结构延性得到增强。

方管束腹板削弱型弱轴连接的抗震性能影响因素分析

基于箱形节点域加强式工字形梁柱弱轴连接的基本形式,提出了一种新型的方管束腹板削弱(STW-RBS)型弱轴连接,这种连接是在塑性铰预期出现的位置用方钢管来取代梁平腹板而达到削弱的目的。为了研究该新型连接的抗震性能,设计了8个STW-RBS型弱轴连接节点试件进行有限元变参数(钢管中心距蒙皮板距离L、方钢管的边长A以及方钢管的厚度S)分析,并且设计了一个AW-RBS(Accordion Web RBS)型弱轴连接节点进行对比分析,主要从节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及塑性转动能力等分析节点的抗震性能。结果表明:STW-RBS型弱轴连接节点的削弱参数取值范围为L≤0.55h,A≥0.6b_f,S=t_w(h为梁截面高度,b_f为梁翼缘宽度,t_w为梁腹板厚度);在参数选取合理的情况下,STW-RBS型弱轴连接节点的延性系数可以达到6.0且塑性转动能力不小于0.06 rad,塑性铰出现在方钢管处,钢柱和节点域基本处于弹性状态,满足"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设计理念;STW-RBS型弱轴连接节点与AW-RBS型弱轴连接节点的抗震性能基本一致。

基于Pushover理论的钢管混凝土构件塑性铰特性值研究

Pushover理论广泛应用于结构弹塑性地震分析,也可用于结构极限承载力和失效薄弱点分析.根据钢管混凝土构件统一理论的弯矩—曲率关系,对构件弹塑性状态下截面的弯矩—转角关系进行推导,提出构件M铰和PMM铰特性值的计算方法.根据钢管混凝土简支桁梁结构模型的试验结果,对提出的实用计算方法进行可行性验证.研究结果表明:钢管混凝土构件塑性铰特性值的确定方法是合理的,对钢管混凝土桁梁极限承载力的分析是可信的,为从宏观上掌握大型钢混组合桁架梁桥在弹塑性阶段静、动力性能提供了有效的理论基础和研究手段.

圆钢管横向局部抗压承载力特性分析及计算理论

本文针对Q345圆钢管在横向局部压力荷载作用下的受力性能开展了非线性有限元分析,探讨了管径、壁厚及连接板尺寸对圆钢管横向局部抗压承载力的影响规律,明确了横向荷载作用下钢管受压区的变形行为,建立了圆钢管横向局部受力的计算模型并开展了理论分析,结合有限元分析结果给出了横向抗压承载力计算公式,为实际工程应用提供参考。有限元结果表明:在横向荷载作用下,管身受压处局部凹陷,两侧的管壁向外膨胀,连接板与管身间有空隙,变形模态为六塑性铰机构;增大壁厚或连接板尺寸与管径比值都可以提高钢管横向局部抗压刚度,增强其抵抗变形的能力,提高横向局部抗压承载力。

基于ABAQUS分析型钢-圆钢管混凝土的力学性能

为解决有限元软件ABAQUS分析型钢-钢管混凝土力学性能遇到的常见问题,对模型的建立、混凝土塑形损伤本构模型、钢材与混凝土之间的接触等问题进行了探讨,并利用有限元软件对型钢-圆钢管混凝土的短柱轴压、长柱失稳和构件的抗弯力学性能进行了算例验证,所得结果与试验结果吻合良好。研究结果表明:建立的力学模型和探讨的相关问题用来分析型钢-圆钢管混凝土的力学性能是合理的,且收敛性较好。研究中探讨的关键方法可为研究人员分析其它钢-混组合结构或构件提供借鉴,以及为设计人员设计构件提供参考。

钢管混凝土柱-混合梁节点抗震性能试验研究

提出适用于装配式大跨度组合框架结构的钢管混凝土柱-混合梁节点.为了研究节点的抗震性能及受力机理,对2个足尺中柱节点试件进行低周往复加载试验.2个试件分别采用混合梁端型钢翼缘削弱式(RBS)节点以及梁端普通型钢节点.对2个节点的破坏形态、耗能能力、承载能力、延性以及混合梁的应变分布规律进行对比分析.试验结果表明,对梁端型钢翼缘的削弱处理可以有效促进试件在翼缘削弱区形成塑性铰,避免梁端焊缝的脆性破坏.相比型钢未经处理的节点,翼缘削弱节点展现出更好的延性和耗能能力;梁底附加钢筋屈服后的黏结滑移会影响节点的耗能能力,在锚固长度满足规范要求的前提下,应适当增加其配筋率,以防止过早出现附加钢筋屈服后的黏结滑移.

无环向加劲肋Q460高强钢管T形插板节点抗压承载力特性及计算理论

针对无环向加劲肋Q460高强钢管T形插板节点在局部压力荷载作用下的受力性能开展了非线性有限元分析,研究了主管径厚比和节点板尺寸不同参数下钢管插板节点的承载力特性及其影响规律。同时,以圆环-母线梁模型为基础,采用塑性绞线计算理论分析了T形插板节点的抗压承载力特性及其合理参数取值,承载力理论值与模拟分析结果吻合较好。最后,基于日本钢管塔制作基准的计算方法和钢管节点承载力模拟结果,开展了T形插板节点极限承载力的计算理论研究,提出了计算无环向加劲肋Q460高强钢管T形插板节点抗压承载力的修正公式,研究成果可供钢管塔设计参考应用。

基于楼板刚度贡献的钢管混凝土框架结构推覆分析

推覆分析方法在最近的几十年时间里被广泛应用,它是评价建筑结构抗震性能方法的一种。钢管混凝土是一种组合结构,其具有更高承载力、更好的延性、更优异的抗震性能且施工更便捷等优点,其在高层结构及超高层结构中被广泛使用。但组合楼板刚度贡献对于该种结构的抗震能力有何影响还有待于进行深入研究。为了研究钢-混凝土组合楼板的刚度贡献对钢管混凝土结构的抗震性能影响,利用推覆方法对钢管混凝土框架结构进行了分析,在分析中分别计及和不计及组合楼板对框架中钢梁的抗弯承载力贡献,通过对计算结果进行分析表明,考虑组合楼板刚度贡献之后,按现行相关规范方法进行抗震设计结构有可能出现柱铰,即不能实现抗震规范中“强柱弱梁”的目的;另外,采用推覆研究机理,能够分析此类结构在罕遇地震作用下可能的破坏过程,探索结构哪些破坏位置成为薄弱点;期待基于此结论对该种结构的抗震设计能有一定改进参考。

钢管约束钢筋混凝土柱抗震设计方法及塑性铰

钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、延性好和施工便利等优点,满足“建筑工业化”的要求,因而被广泛应用在高层建筑中。基于混凝土的塑性-损伤模型与钢材的弹塑性混合强化模型,采用ABAQUS软件建立方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型进行拟静力分析。模型考虑了钢管对核心混凝土的约束作用以及合理的边界条件、加载模式,分析所得柱的破坏形态、荷载-位移滞回曲线和荷载-位移骨架曲线等有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好。进一步建立了136个足尺模型并进行参数分析,研究结果表明:钢管的套箍约束作用可减小混凝土压应变峰值并提高压应力峰值,延缓柱的破坏,有效提高其承载力和延性;破坏位移角和极限承载力随钢管厚度增大而增大。提出了不同轴压比时5种材料强度匹配的钢管合理厚度和套箍系数等抗震设计方法,以混凝土应变、钢管应变为依据的塑性铰判定方法以及塑性铰长度实用计算公式,可为框架柱的抗震设计提供依据和支持。

CFRP圆钢管混凝土中长柱轴压承载力研究

该文在钢管混凝土柱研究的基础上,进一步探究碳纤维布(CFRP)对圆钢管混凝土中长柱轴压承载力极限的影响。制作10根不同CFRP圆钢管混凝土中长柱进行轴压试验,探讨CFRP圆钢管混凝土中长柱的受力过程、破坏形态和轴压极限承载力,分析CFRP层数、混凝土强度、钢管壁厚与长细比对其极限承载力的影响,为CFRP圆钢管混凝土中长柱极限承载力的计算提供参考。结果表明,CFRP层数对圆钢管混凝土中长柱极限承载力提升巨大,混凝土强度、钢管壁厚与长细比的影响相对较小,可为CFRP圆钢管混凝土中长柱的工程应用提供有力支撑。

混凝土浇筑期模板高支撑体系抗连续性倒塌性能分析

根据已有模板高支撑体系的研究,利用有限元软件SAP2000阶段非线性分析功能进行模板高支撑体系的数值模拟,并用敏感性分析的方法对比不同构件的重要性系数,然后用拆除构件法对整个体系的抗连续性倒塌性能进行分析。结果表明:单侧推进浇筑顺序下体系最不稳定的荷载模式是顶端中部混凝土浇筑,体系的关键构件为重要性系数最大的底部内杆,关键构件及其附近3根构件的同时失效将引起体系发生连续性倒塌。

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑性铰判定方法。结果表明:①当含肋率增大,柱的承载力、延性、总塑性耗能值显著提高,加劲肋的塑性耗能占比增大而混凝土的塑性耗能占比减小,对钢管影响较小;②当轴压比为0.2时,柱的承载力下降不明显,延性较好,故可不布置加劲肋,轴压比为0.5、0.8时,合理含肋率分别为0.2、0.4,加劲肋高度分别为1000、1500 mm;③当钢管纵向受压应变达到4倍屈服应变时,柱端出现塑性铰,进一步提出了考虑轴压比和含肋率的塑性铰长度公式,公式计算结果与有限元结果离散性较小。

圆钢管混凝土构件在侧向冲击下的动塑性极限弯矩的研究

利用有限元软件ANSYS/DYNA,模拟了悬臂和简支钢管混凝土构件的侧向冲击数值,计算了动塑性极限弯矩。

热力耦合作用下钢管混凝土组合框架塑性承载力性能分析

通过理论计算与有限元模拟的对比,分析了热力耦合作用下的钢管混凝土组合框架塑性计算方法、热力耦合作用下的单层单跨与2层2跨钢管混凝土组合框架塑性承载力.结果表明:钢管混凝土组合框架从受火时间为240 s不断增加至7 200 s,组合框架塑性铰出现且个数不断增加,直至结构形成机构,发生破坏;随着温度值从520℃上升到1 049℃,出铰个数保持不变,破坏荷载F、极限弯矩M、剪力V都不断减小.研究结果可为热力耦合作用下的钢管混凝土组合框架加固修复提供参考.