L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.

L型隔板弧形双钢板组合墙板抗爆性能试验与数值研究

弧形双钢板混凝土组合墙板结构具有和拱结构相同的传力机理,可以充分发挥混凝土优异的抗压性能,极大地提高了结构的承载力。该文开展了L型隔板弧形双钢板混凝土组合墙板(L-shaped-Curved Double Steel Concrete Composite Wallboard,L-CDSCW)在近场爆炸作用下的试验研究,通过混凝土的损伤分析和结构变形分析探究其抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件进行了L-CDSCW试件爆炸响应的数值分析,参数化分析了不同关键参数对L-CDSCW试件抗爆性能的影响规律。结果表明:近场爆炸作用下,L-CDSCW试件未出现倒塌或崩塌现象,具有较强的抗爆性能;增加钢板厚度可以减小混凝土跨中凹陷深度和混凝土塑性破坏;增加TNT当量和降低爆距会显著增加底部钢板跨中最大挠度,同时也会增加混凝土跨中凹陷深度和混凝土损伤。研究结果可以为弧形双钢板混凝土组合板的应用提供一定的技术参考。

L形部分包覆钢-混凝土组合柱设计及应用

因L形部分包覆钢-混凝土组合柱设有成熟的承载力计算公式,根据国内外相关研究成果,计算钢贡献率、轴压比后,利用Xtract软件建立计算模型,绘制4种角度的轴力-弯矩曲线,并验算L形PEC柱双向压弯稳定承载力与受剪承载力。在东升和府10号楼项目中,通过承载力验算,采用轴力-弯矩曲线包络设计法,计算L形柱Z4,Z5的最不利工况,符合规范,使高层住宅中避免出现凸梁凸柱的情况。

U型钢-混凝土组合梁交叉节点抗弯性能试验研究

针对U型钢-混凝土组合梁交叉节点处U型钢腹板传力路径中断、节点受力复杂、现有钢筋过渡节点现场焊接量大的难题,提出了L形连接板传递钢腹板内力的新型节点(LLTC),对节点抗弯性能进行了试验研究。LLTC由套筒、L形连接板和套丝钢筋组成,与焊接钢筋型纵向过渡钢筋(WLTR)传递钢腹板内力的传统梁交叉节点(WLTR-UCJs)相比,LLTC能够有效传递钢腹板内力,且实现了节点的装配式连接。通过四端简支静力试验,研究了WLTR-UCJs和装配连接型U型钢-混凝土组合梁交叉节点(LLTC-UCJs)的抗弯性能,明晰了纵向传力构件形式、WLTR直径、LLTC套丝钢数量和LLTC套丝钢强度等对节点承载能力与变形能力的影响。试验结果表明,WLTR-UCJs的破坏模式为钢腹板屈曲和顶部纵向钢筋屈曲,LLTC-UCJs的破坏模式为U型钢翼缘屈服。与WLTR-UCJs相比,LLTC-UCJs的受压区材料屈曲程度较低,具有更高的承载力和更强的变形能力。

L形钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

本文进行了四根有加劲和二根无加劲的L形钢管混凝土短柱轴压试验。对试件破坏过程及结果进行了较为详细的描述,在此基础上,考察了不同宽厚比和内部有无加劲肋对试件承载力和延性的影响。结果表明:L形钢管混凝土柱延续了钢管混凝土的特性,有良好的受力性能;当钢管宽厚比不大于60(即短肢柱)时,加劲肋虽然对L形钢管混凝土的承载力没有明显的贡献,但是可以有效地提高其延性;而当钢管宽厚比大于60(即长肢柱)时,加劲肋对L形钢管混凝土柱的承载力及延性均无明显影响。最后,在选择合理的钢材和核心混凝土本构关系基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了轴压荷载下L钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系,计算表明,计算曲线与试验曲线吻合良好。

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压试验研究

对8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件进行了试验研究,讨论其在不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下的偏压性能.结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟了局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高.在加载后期,处于加载肢的拉杆比处于非加载肢的拉杆对核心混凝土的约束作用明显,其中双列拉杆试件的肢端拉杆比肢内拉杆的约束作用更大.临近或达到极限承载力后,近力侧钢管壁对核心混凝土的约束作用较明显.利用纤维模型法计算的试件偏压极限承载力结果与试验结果吻合良好.

轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的试验研究

对7根轴压下L形钢管混凝土短柱(6根带约束拉杆,1根无约束拉杆)进行试验,介绍试件和试验方案的设计,分析钢板厚度、约束拉杆的直径和水平间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱极限承载力和延性的影响。试验表明,在L形钢管混凝土短柱上设置约束拉杆,可以有效地延缓钢管壁的局部屈曲,改善钢板对核心混凝土的约束效应,提高该类构件的极限承载力和延性。最后,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成1个方形和2个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,并借鉴带约束拉杆方形钢管混凝土承载力的计算公式,对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的极限承载力计算方法作初步探讨。

带L形横撑的大跨CFST桁式拱桥稳定性分析

为研究新型L形横撑在大跨度钢管混凝土(CFST)桁式拱桥稳定中的有效性,以合江三桥为工程背景,采用数值计算和理论分析相结合的方式对其受力性能和稳定性进行比较分析,并利用正交试验和方差分析方法对L形横撑在大跨度CFST桁式拱桥稳定中的显著性进行了检验。结果表明:①对于L形拓扑横撑类型,当K形斜撑设置在主拱肋上弦且靠近拱脚一侧时,主拱的稳定性最好;②与常用的K形、X形和米字形横撑相比,L形横撑对主拱最大轴力、最大面内弯矩、最大面外弯矩、最大应力和竖向变形的影响均较小,仅对主拱水平变形有一定影响;③当各参数在合理的取值范围内时,使用L形横撑代替常用的K形、X形或米字形横撑,不会显著降低大跨度CFST桁式拱桥的分支点和极值点稳定性,工程师在该类拱桥的稳定设计中可以放心选用。

双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型的配置L形拉结件的双钢板-混凝土组合剪力墙。通过两组共6个双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,对此新型组合剪力墙的抗震性能进行了研究。试件改变参数主要为轴压比和连接件间距,在试验的基础上对试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等进行分析。试验研究表明:L形拉结件的配置既能增强外包钢板对核心内混凝土的约束作用又能抑制外包钢板的屈曲,充分保证了外包钢板和混凝土之间的协同工作,此新型组合剪力墙具有较高的承载力,较好的延性及耗能能力。在达到峰值荷载之前,墙体钢板未发生明显的局部屈曲变形,最终组合剪力墙均因端柱屈曲拉裂而开始破坏;破坏时极限位移角的平均值为1/58;随着距厚比减小,试件的水平承载力和延性系数均显著提高。

钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析

为研究钢桁腹-混凝土组合梁中钢管腹杆与混凝土弦杆K形组合节点的传剪机理,开展K形节点区抗剪试验及节点区键销钢筋、连接螺栓的直剪试验,得到K形节点区的破坏形态,并通过试验提出的钢筋及螺栓直剪的多折线荷载~位移本构模型,进行K形节点区的精细化三维非线性仿真分析。研究结果表明,K形节点区的竖向剪力来自于相邻节间弦杆的轴力差,键销钢筋及连接螺栓的直剪破坏是节点区受剪失效的主要原因,其抗剪承载力主要由键销钢筋及连接螺栓提供;所建立的K形节点区非线性仿真模型能够较好地反映节点区的破坏形态,极限承载力及荷载~位移曲线与试验结果吻合良好。

L形钢管混凝土芯柱正截面承载力研究

目的研究L形钢管混凝土芯柱的承载力变化规律以及影响因素,为钢管混凝土在工程中的应用提供参考依据.方法根据L形钢管混凝土芯柱的工作机理和有限元计算原理,编写MATLAB程序求其承载力,通过改变加载角、偏心距、钢管直径以及钢管厚度等参数研究其对L形钢管混凝土受力性能的影响,并与有限元模拟值进行对比.结果偏心距一定时,加载角在0～45°内变化,L形钢管混凝土芯柱的承载力随加载角的增大而逐渐减小;当钢管厚度不变直径增加,或者钢管直径不变厚度增加时,试件承载力随含钢率的增加而逐渐增大.结论数值模拟结果与有限元模拟结果吻合良好,验证了程序的可行性.可以利用本套程序对L形钢管混凝土芯柱进行进一步的研究,得出不同参数变化下试件承载力的变化规律.

带肋薄壁L形钢管混凝土柱温度场研究

为研究高温下带肋薄壁L形钢管混凝土柱的抗火性能,建立了该类构件的ABAQUS温度场计算模型,并用相关试验结果验证了模型的正确性。采用该模型对所设计构件进行温度场计算,结果表明:构件横截面温度场呈现明显梯度分布,由受火面向截面中心逐渐降低;截面阳角处温度较阴角处更高,且阳角附近高温区域面积较阴角处大;构件内部钢筋温度较受火面呈现明显滞后现象,且中心温度较两端降低幅度更大。分析了受火时间、加劲肋尺寸和构件截面尺寸对构件温度分布的影响,可知随着受火时间的延续,构件各部位温度以不同幅度升高;钢筋加劲肋直径对钢筋温度影响比较明显,但对钢管和混凝土温度影响较小;截面尺寸越大,构件同一位置温度越低。

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析

本文采用三维有限元分析软件ANSYS,针对带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱的受力性能,以试验中C1、C2试件作为研究对象,建立了三维有限元数值分析模型。其中,不考虑钢管与核心混凝土之间的滑移;拉杆与核心混凝土、钢管之间的连接采用节点耦合法;为了避免应力集中,在柱顶和柱底均设置刚性垫块。计算结果表明,该模型是合理的。利用该模型,对影响带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能的因素:拉杆纵向间距、拉杆横向间距、拉杆直径、钢管壁厚和偏心距等,进行了参数分析,为工程设计及应用提供了参考依据。

L形截面双钢板组合剪力墙受力性能有限元分析

双钢板组合剪力墙结构因其整体性好、刚度大、抗剪承载力高等优点而广泛应用于高层建筑。本文分析了L形截面双钢板组合剪力墙结构的受力特点,通过有限元软件ABAQUS对L形截面双钢板组合剪力墙建模分析,并将结果与试验结果进行了对比。通过有限元参数化建模,研究了轴压比、钢板厚度、钢材强度等级、混凝土强度等级、端部H型钢尺寸等主要参数对剪力墙滞回性能的影响及其特征。研究结果表明:有限元模拟与试验结果较吻合,试件的承载力随试件的高宽比减小而增大,增加钢板厚度及端部H型钢尺寸、提高钢材强度等级及混凝土强度等级都会提高L形截面双钢板组合剪力墙承载力,混凝土强度及在无翼缘腹板处增设H型钢是影响承载能力的主要因素。建议对L形截面双钢板组合剪力墙的设计轴压比不宜大于0.4。

L形钢管混凝土芯柱耐火极限研究

火灾高温对结构安全有显著影响,为研究等肢L形钢管混凝土芯柱的耐火极限及其影响因素,利用ABAQUS软件建立合理的高温反应分析模型,在验证模型可靠性基础上,分析了荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、含钢率等对L形钢管混凝土芯柱耐火极限的影响。研究结果表明:在一定参数范围内,荷载比和截面边长是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比越小,截面边长越大,构件的耐火极限越高;长细比和荷载偏心率对其影响较大,长细比和荷载偏心率越小,构件的耐火极限越高;含钢率对其影响不显著。结果可为异形钢管混凝土芯柱的抗火安全设计提供参考。

基于纤维模型有限元柔度法的L形钢管混凝土构件非线性仿真分析

本文基于纤维模型有限元的基本原理,比较了基于刚度法和柔度法建立纤维模型梁单元矩阵的方法和特性。基于柔度法的纤维模型单元的特性是以单元的截面力形函数为基础,在整个计算的过程中,单元各截面内外力严格满足力的平衡条件,不受单元材料非线性状态水平的影响。在合适的纤维材料应力-应变本构关系的基础上,从构件单元层面的角度,推导建立了考虑材料非线性和几何非线性效应的L形钢管混凝土柱数值模型,对L形钢管混凝土轴压、压弯和滞回试验算例分别进行了仿真模拟,试验算例结果与数值结果吻合良好,从而验证了该数值方法的可行性和准确性。

改进组合式T形钢管内核心混凝土应力-应变关系

文章基于改进组合式T形钢管混凝土柱轴压试验结果,详细分析了在轴压状态下钢管对核心混凝土的约束特点,通过截面合理划分和假定,并借鉴已有的箍筋约束混凝土应力-应变关系,提出了改进组合式T形钢管内核心混凝土应力-应变关系;在分析主要影响参数的基础上,给出了应力-应变关系参数计算表达式;采用有限元软件ABAQUS对改进组合式T形钢管混凝土柱轴压荷载-应变关系曲线进行了数值计算,并将有限元计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提核心混凝土应力-应变关系的合理性。

平面“L”形钢箱梁设计

平面异形钢箱梁在城市桥梁中大量应用。这类桥梁平面线形复杂,且常兼具弯、坡、斜桥等特征。以天津市某立交桥中一联两跨平面"L"形钢箱梁的设计为例,重点分析其结构类型选择过程及细部构造设计措施。计算表明,本联箱梁温度变形极不规则,采用单墩固结的刚构-连续梁体系是合理的;标准组合下部分支点出现负反力,此负反力主要由温度梯度及活荷载产生,为此设计中采用混凝土压重、设置拉力支座及增加环氧砂浆铺装层隔热等方法。

高层钢结构住宅L形宽肢组合异形柱抗震性能研究

为研究一种用于高层钢结构住宅的L形宽肢组合异形柱的抗震性能,设计并制作了两个不同构造形式的足尺试件,并进行了高轴压比下低周水平往复循环加载拟静力试验研究及有限元分析,研究此类组合异形柱的破坏形态、承载能力、变形及耗能能力。研究结果表明:实腹式试件Ⅰ在整个加载过程中无明显破坏现象,塑性发展有限;格构式试件Ⅱ在斜撑与端柱相接处焊缝开裂;有限元计算结果与试验结果吻合良好;试件Ⅰ的强度和刚度更高,试件Ⅱ的延性相对较好,两种构造的L形宽肢组合异形柱可满足工程的不同需求。

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用带约束拉杆L形钢管混凝土截面简化方法,分别以统一理论、极限平衡理论和统一强度理论为基础,并考虑截面长宽比的影响,提出了带约束拉杆L形钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式。计算值与试验值比较表明,以统一理论为基础的简化计算方法吻合较好。利用统一理论为基础的简化计算方法,对影响带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能的因素:拉杆纵向间距、拉杆横向间距、钢管壁厚和钢管屈服强度,进行正交分析,为工程设计及应用提供参考依据。