H形钢构件双向压弯下全过程弯矩计算模型

为探究可发展全截面塑性的H形钢构件在双向压弯加载全过程中塑性应力及两主轴弯矩的发展机制,基于经由已有实验数据校核过的建模方法,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型。结合有限元分析结果,考察了双向压弯下H形截面钢构件的塑性应力发展规律,引入平截面假定,对其应力分布形式进行一定的简化处理。进一步,通过最小二乘法拟合得到相关参数,建立加载位移、塑性发展程度和宏观承载能力三者之间内在联系,构建H形钢构件双向弯矩的理论计算模型。该模型充分考虑了截面尺寸、位移加载方向角、轴压比和加载位移的影响。通过对模型计算结果的分析,验证了该模型可得到构件在加载任意时刻的应力分布形式,并为考虑一定截面塑性发展的双向抗弯设计提供更为简便的设计方法。

拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝受力行为研究

为研究拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的受力行为,开展了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的应力测试试验,测试了高强钢丝在不同轴向荷载和弯曲角度下的应力值。建立了拉伸-弯曲组合作用下高强钢丝的有限元模型,分析了高强钢丝的应力分布情况,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的准确性和合理性。基于该有限元模型,进一步研究了高强钢丝表面和截面内的应力分布情况,以及弯曲作用对应力范围的影响。结果表明,存在弯曲角度时,高强钢丝的应力分布会变得不均匀。相同轴向荷载时,高强钢丝应力值和应力范围都随弯曲角度的增加而增大。拉伸-弯曲组合作用会显著影响高强钢丝中部和两端区域的应力变化,使得这些区域内应力沿轴向和径向都存在较大的应力梯度,拉伸-弯曲组合作用效果在这些区域内应重点考虑。

FRP约束钢管混凝土柱轴力-弯矩相关关系研究

为了建立FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关关系曲线,分析组合结构中各组份对柱体压弯性能的影响,建立了FRP约束钢管混凝土截面分析计算模型,考虑不同FPR-钢复合约束程度和荷载偏心率对混凝土本构的影响。与现有CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)-钢管混凝土压弯试验结果对比,验证了模型的合理性。对模型开展参数分析,结果表明,FRP约束混凝土压弯性能主要受环向FRP影响,环向FRP层数的增加在提高柱体轴压承载力的同时可有效降低其界限偏心率,提高大偏心状态下柱体的轴压比;纵向FRP层数仅会影响柱体承载力,对其界限偏心率及大偏心受压状态下的轴压比影响不显著;随着环向FRP约束程度的提高,柱体对P-Δ效应的敏感性增强。

钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载下的抗震性能研究

为研究钢管混凝土的抗扭性能,完成8个钢管混凝土柱试件在纯扭和压扭荷载下的拟静力试验,变化截面形式、含钢率和轴力大小等参数。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭矩荷载作用下的滞回曲线非常饱满,没有"捏拢"现象产生,卸载刚度几乎等于初始弹性刚度,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。轴力较小时,轴力对钢管混凝土柱的抗扭承载力有提高作用,且延性较好;但轴力较大时,轴力将削弱钢管混凝土柱的抗扭承载力。在纯扭荷载作用下,钢管内的混凝土由于斜向开裂形成螺旋斜压杆,斜向压力的轴向分量由钢管的轴向拉力平衡,导致钢管存在拉应变。在纯扭和压扭荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。基于试验结果和已有文献研究成果,较为全面地分析钢管混凝土的抗扭机理,为进一步开发可考虑扭转作用的钢管混凝土杆系单元提供研究基础。

带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的滞回性能研究

为研究环向脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了12个钢管混凝土试件(包括8个带缺陷试件、2个无脱空试件以及2个空钢管对比试件)在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回性能试验。试验主要参数为:脱空率、弯扭比和轴压比。基于试验结果考察了带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下的破坏模态,并分析了脱空对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度和耗能等力学指标的影响规律,结果表明:环向脱空缺陷的存在会改变钢管混凝土构件的破坏模态,并使试件的承载力、刚度和耗能能力有不同程度的降低。同时,建立钢管混凝土压弯扭构件的有限元模型,分析环向脱空对构件承载力系数,以及钢管与核心混凝土接触时刻的影响规律,在此基础上提出相关工程建议。

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。

GFRP管混凝土组合结构压弯构件非线性全过程分析

本文应用细观力学、经典层板理论、平截面假定、FRP约束混凝土本构模型及数值积分对GFRP管混凝土组合结构压弯构件进行了非线性全过程分析。通过理论计算发现GFRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,且构件具有良好的变形能力。FRP壳体参与承载且有效地约束混凝土的变形,显著提高核心混凝土强度和变形能力。文中讨论了轴压比、长细比、径厚比、混凝土强度等级、纵筋配筋率、铺层角变化对极限水平荷载和极限水平位移的影响,从而得到了一些有益的结论。

预制节段式无粘结预应力混凝土箱梁受弯扭剪共同作用分析

预制节段无粘结预应力混凝土箱型桥梁是一种在西方已推广的桥梁结构形式。它满足了人们使用工业化预制件快速施工的愿望。这种结构形式及施工方式可以节省大量施工时间并使施工不受天气影响。与有粘结预应力技术相比,无粘结预应力钢束一般有外保护层,可以防止由于混凝土开裂对预应力钢束的锈蚀损伤,保证结构的耐久性。本文针对预制节段无粘结预应力混凝土箱型桥梁受弯扭剪复杂作用力下的计算模型和破坏机理进行研究,并与德国步伦瑞克工业大学(TU Braunschweig)从事的试验结果相比较,证明了本文研究结果的正确性。

压弯剪扭钢筋混凝土十形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力钢筋混凝土十形柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土十形柱试件进行恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和形态,获取扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力该类柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明:在扭弯比小于0.21且轴压比小于0.34范围时,低周反复压弯剪扭钢筋混凝土十形柱的破坏形态表现为弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢状的S形,位移延性系数超过3.0,开裂时的侧移角大于1/550,破坏时的侧移角大于1/40,能满足我国建筑抗震设计规范要求;扭矩的存在使得材料的损伤更严重,耗能更大。

L形异形柱抗弯能力方向异性与合理作用效应组合研究

L形异形柱由于形心主惯性轴与柱肢轴线不平行,其正截面双偏压曲线表现出较强的方向异性特征。采用截面数值积分方法,通过大量参数分析研究了等肢L形异形柱量纲一承载力方向异性与轴压比、肢长厚比和纵筋配筋特征值之间的关系,得出在绝大多数参数范围内,最不利受荷方向承载能力都小于坐标轴方向承载能力的最小值,并且最大相差可达23%,配筋设计时若沿用传统的以坐标轴方向为主的作用效应组合,则难以确保其在最不利受荷方向上的能力验算得到满足。针对这一问题提出补充最不利受荷方向上的作用效应组合,并对组合系数的取值给出简化建议。进一步定量分析了简化系数的误差。最后给出考虑与不考虑最不利作用方向组合的工程实例对比分析。

双面叠合剪力墙压弯性能的数值模拟分析

双面叠合剪力墙是一种半预制剪力墙,由2片预制墙板和后浇混凝土通过桁架钢筋连接成整体.为研究其压弯性能,本文利用有限元软件ABAQUS进行双面叠合剪力墙的数值模拟,对轴压比、混凝土强度、边缘构件形式、插筋面积和配箍面积等参数进行分析.模拟结果发现:随着轴压比的增大,墙肢承载力增大,峰值前抗侧刚度增加,同时峰值后变形能力下降,承载力下降加快;高轴压比墙肢受内外混凝土强度变化较低轴压比墙肢更明显;墙肢承载力及变形能力受边缘构件形式影响不大,可采用含预制边缘构件的双面叠合剪力墙提升整体预制率;增加纵筋的搭接钢筋面积可以避免墙肢损伤集中于水平接缝处,使部分损伤转移至搭接区上部,同时墙肢承载力略有提升但峰值后承载力退化加剧;箍筋加密可提升墙肢变形能力.

弯剪共同作用下活性粉末混凝土梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验。考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异。基于修正压力场理论,对开裂后的混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正;将弯矩效应叠加至纯剪作用下的截面分析中建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序;对RPC简支梁的试验结果与计算结果进行对比分析。研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。

矩形截面预应力木梁受力性能的试验研究

提出了一种新型建筑结构构件─—预应力木梁，并对其进行了试验研究．通过试验数据，初步分析了矩形截面预应力木梁抗弯能力和挠度的变化特点，并指出预应力木梁受力性能较普通木梁更优越．

压-弯-扭共同作用下闭口截面钢构件弯矩作用平面内极限承载力

利用Umansky闭口截面扭转理论,在现行GB 50017—2003"建筑钢结构规范"的基础上,得到适用于压-弯-扭共同作用下闭口截面构件弯矩作用平面内极限承载力的计算方法;采用数值分析方法对提出的设计公式进行验证,在建模时引入初始几何缺陷和残余应力,在分析时考虑几何非线性和物理非线性的影响;最后针对扭矩作用下矩形截面压弯构件截面塑性发展规律进行分析。研究结果表明:本文所提出计算公式能够真实反映构件的受力状态,使用便捷;在压力、弯矩和扭矩共同作用时可能存在的7种荷载路径对矩形截面钢管的极限承载力几乎没有影响;构件的抗弯和抗压极限承载力随着扭矩的增大而降低,且降低的程度越来越大;约束扭转的存在只会使截面最危险点更早地进入塑性状态,而对截面最终承载能力的影响不大,因此,根据自由扭转理论提出的设计公式对于存在约束扭转的矩形截面构件依然适用。

外包不锈钢管中空夹层钢管混凝土压弯构件N_(u)-M_(u)相关曲线研究

外包不锈钢管中空夹层钢管混凝土构件结合了中空夹层钢管混凝土(CFDST)与不锈钢的优点,在桥墩、海洋平台与输电塔结构中有广泛应用前景。为此,该文基于前期试验,采用自编纤维模型法程序对225个外包不锈钢管CFDST压弯构件进行了系统分析。研究了各参数对该类压弯构件典型N/N_(u)-M/M_(u)曲线的影响,并将相关曲线与普通外包碳素钢管CFDST构件进行了对比,最后提出了该类压弯构件N/N_(u)-M/M_(u)相关曲线方程。分析结果表明:该文自编纤维模型法程序可较好预测外包不锈钢管CFDST构件压弯承载力以及N/N_(u)M/M_(u)曲线的发展;混凝土强度、内管径厚比、钢材屈服强度、空心率、名义含钢率与长细比影响N/N_(u)M/M_(u)曲线的形状;由于不锈钢材料明显的应变强化效应,相比于外包碳素钢管CFDST构件,外包不锈钢管CFDST构件的N/N_(u)-M/M_(u)曲线接近于钢结构;基于试验与参数分析结果以及外包碳素钢CFDST计算公式,得到了外包不锈钢CFDST相关曲线特征点公式和曲线方程,与程序计算结果吻合较好。

复合受扭型钢混凝土L形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力下实腹式型钢混凝土L形柱的抗震性能,以扭弯比、肢高肢厚比为变化参数,设计了6个实腹式型钢混凝土L形柱试件,在恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和破坏形态,获取扭矩—扭转角滞回曲线和荷载—位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力下柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明,低周反复压弯剪扭实腹式型钢混凝土L形柱的破坏形态主要表现为弯曲、弯剪和弯扭破坏;其滞回曲线呈中间捏拢的非对称反S形,扭矩—扭转角滞回曲线在峰值荷载后出现"荷载跌落"现象;位移延性系数大于扭转延性系数,但二者均小于3.0;破坏时的侧移角普遍小于扭矩1/50,低于我国现行抗震设计规范的要求;试件耗能前期以扭转耗能为主,后期以弯曲耗能为主。

拉伸-扭转-弯曲作用下系泊缆索的应力响应

考虑6×19多股系泊缆索编制特点,研究缆索受到拉伸-扭转-弯曲共同作用下的应力响应。推导多股系泊缆索的螺旋线方程和不同层股丝接触点轴向距离,建立仿真模型中的代表性体积元素,推导该体积元素下的周期性边界条件,简化多股系泊缆索仿真模型,进一步优化应变和曲率加载方式,优化仿真模型加载形式。在有限元软件ANSYS中进行仿真分析,同时与解析模型进行对照。结果表明,所选取的代表性体积元素和周期性边界条件计算可靠,应力与曲率半径为非线性负相关关系,应变与应力为线性正相关关系,不同应变下曲率半径对应力的影响主要体现在最大应力数值以及位置,对应力-应变关系影响较小。

热力联合作用下不同材料参数圆薄板的大挠度弯曲

采用由Berger方法和伽辽金方法导出的圆板大挠度弯曲的挠度解析解和ANSYS程序 ,对均布横向力和均匀温升作用下板中心挠度wc 随温升及横向力的变化规律进行了解析和有限元计算 ,讨论了板材弹性模量和热膨胀系数不同时 ,板中温度膜力NT 和材料参数 (弹性模量E、泊松比 μ和热膨胀系数α)的温度相关性对板大挠度弯曲变形的不同影响规律及温升与横向力联合对圆板大挠度弯曲的不同作用机制 .

钢筋混凝土海洋平台结构受力分析

为完善新型型钢混凝土海洋平台的设计计算理论,本文针对梁内型钢腹板是否穿过节点区的不同情况,参考陆上新型钢筋混凝土建筑的新技术、结合海洋平台的特点,采用变角软化桁架模型,利用平衡条件、协调条件及混凝土软化应力-应变关系,并考虑“扭结”影响(强度弱化)的钢筋应力-应变关系,提出了压弯剪复合受力作用下的框架梁柱节点的受力全过程计算方法。利用该方法对国内外所作的53个框架节点试件进行了受力全过程分析,计算结果与试验结果吻合程度较好,为新型海洋石油平台的研究、设计与施工提供了有益的探索。

正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩.针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比.同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据.