圆端形钢管混凝土构件纯弯力学性能

为研究圆端形钢管混凝土构件的纯弯力学性能,对4个构件进行了纯弯试验,分析了高宽比和含钢率对纯弯曲作用下圆端形钢管混凝土构件破坏形态、挠度曲线、截面应变、抗弯承载力的影响。基于ABAQUS建立有限元模型对圆端形钢管混凝土构件纯弯性能进行模拟,试验结果与模拟结果吻合良好,利用验证后的模型对圆端形钢管混凝土构件进行了受力全过程分析以及参数分析。最后基于ABAQUS参数分析结果提出了圆端形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合良好。结果表明:圆端形钢管混凝土构件在纯弯曲作用下发生了明显的挠度变形,当跨中挠度达到L/25(L为试件长度)时,试件仍能承受较大的荷载,表现出良好的延性; 圆端形钢管混凝土构件的挠度曲线可假设为正弦半波曲线,其跨中截面基本保持为平截面; 当构件达到抗弯承载力时,钢管承受了大部分弯矩,圆弧段钢管相较于平直段钢管对混凝土的约束作用更强; 圆端形钢管混凝土构件的抗弯承载力随钢材强度的增大而增大,而混凝土强度的改变对其抗弯性能影响较小。     

界面状态对矩形钢管混凝土构件抗弯性能的影响

考虑钢-混凝土界面完全粘结和自由滑移2种极限状态,研究矩形钢管混凝土构件受弯过程的截面中和轴平移规律,并基于平截面假定,分别给出2种界面状态下构件抗弯承载力、抗弯刚度的理论计算方法。同时,针对钢管与核心混凝土界面平均粘结强度,分析抗弯构件在界面脱粘时的有效受压区高度。研究结果表明:矩形钢管混凝土的界面脱粘导致核心混凝土的抗弯承载力过早失效,构件的整体抗弯刚度和承载力降低;高宽比越大,钢管混凝土梁的整体钢管与混凝土之间的界面状态性能对构件抗弯承载力的影响越明显;实际中核心混凝土在未达到极限受压强度前与钢管发生脱粘,为充分利用核心混凝土的材料强度,应对矩形钢管混凝土的界面粘结进行构造加强。     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

椭圆钢管混凝土构件受弯性能与承载力计算

通过ABAQUS软件建立了椭圆钢管混凝土构件在纯弯作用下的数值分析模型,考虑了复杂接触问题、椭圆截面特征和材料非线性。利用6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证了四点纯弯模型的准确性。进行了纯弯作用下椭圆钢管混凝土构件的参数分析,分别在长轴和短轴方向上研究了钢材强度、混凝土强度、径厚比和长短轴比等参数对椭圆钢管混凝土构件极限弯矩的影响,揭示了椭圆钢管混凝土在纯弯作用下的破坏模式,并提出了椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明,钢材强度越大、径厚比越小,椭圆钢管混凝土极限弯矩越大。提出的椭圆钢管混凝土抗弯承载力简化计算公式将为椭圆钢管混凝土纯弯构件设计提供参考。     

圆端形椭圆钢管混凝土受扭性能数值分析及抗扭承载力计算

为探究圆端形椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算方法,采用ABAQUS建立了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的有限元分析模型。为解决核心混凝土本构关系问题,提出了一种关于圆端形椭圆钢管核心混凝土本构关系的新等效方法,利用已有试验结果验证了等效方法的可行性和数值分析模型的准确性。开展了纯扭作用下圆端形椭圆钢管混凝土构件性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、含钢率、长短轴比和截面尺寸等。揭示了圆端形椭圆钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,提出了圆端形椭圆钢管混凝土构件的抗扭承载力简化计算公式。结果表明:构件抗扭承载力随钢材强度、截面尺寸、含钢率增大而增大,随长短轴比增大而减小;研究成果将为圆端形椭圆钢管混凝土构件的设计提供参考。     

配筋钢纤维增强钢丝网混凝土T形梁抗弯承载力研究

通过对配筋钢纤维增强钢丝网混凝土T形梁抗弯承载力试验,研究了钢纤维增强钢丝网混凝土T形梁正截面抗弯承载力的计算,并对影响钢纤维增强钢丝网混凝土受弯构件抗弯性能的因素进行了分析.试验结果表明,钢纤维与钢丝网的复合,能起到显著的增强效果,能有效地提高混凝土受弯构件的抗裂性能和抗弯承载力.     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析

结合圆端形钢管混凝土轴压短柱试验,利用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱计算模型。选择简化的圆端形核心混凝土本构模型,计算得到构件的荷载-轴向应变曲线,并与试验曲线进行了对比,结果表明两者吻合较好。在此基础上进行了参数分析,研究了混凝土强度等级、钢材强度等级对构件承载力的影响。模拟结果表明,构件的承载力随着混凝土、钢材强度等级的提高而提高,但随着混凝土、钢材强度等级越来越高,构件承载力提升幅度开始变缓。     

非等壁厚矩形钢管混凝土构件抗弯性能研究

探讨非等壁厚矩形钢管混凝土构件的抗弯性能,进行了5根梁的试验研究,主要考虑不同的拉压区钢管壁厚对构件抗弯性能的影响。试验结果表明,非等壁厚矩形钢管混凝土受弯构件具有良好的抗弯承载力和延性,直至试验结束,荷载未出现下降阶段。同时,采用纤维模型数值方法得到了非等壁厚矩形钢管混凝土的受力全过程曲线,计算结果与试验结果相吻合。与等壁厚矩形钢管混凝土相比,相同用钢量下,非等壁厚矩形钢管混凝土构件具有更大的抗弯承载力,并且通过提升混凝土强度与上下壁钢管的屈服强度,能够更加有效地提升构件的抗弯承载力。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能研究

为了研究大空心率的圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的受力性能,对已有的试验数据进行数值模拟,采用经验证的建模方法建立了圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件力学模型.分析了典型构件受力全过程的弯矩-挠度关系曲线、荷载分配、破坏模态等力学行为;并研究了锥度、空心率和剪跨比对构件变形曲线的影响,同时分析了空心率、锥度、外钢管径厚比、内外钢管强度和混凝土强度等参数对构件承载力的影响;最后建议了该类构件抗弯承载力的计算方法.结果表明:该类构件具有良好的抗弯承载力及塑性性能,构件的弯矩-挠度关系曲线可分成弹性、弹塑性、塑性三个阶段;随着锥度的增大,构件破坏位置逐渐向最小截面靠近;空心率对构件的变形曲线影响不大;锥度、空心率、外钢管强度、内钢管强度对构件承载力的影响较为显著,而混凝土强度对其影响较小;建议的抗弯承载力计算方法与数值模拟结果吻合较好.     

带约束拉杆圆端形钢管混凝土短柱轴压工作机理

针对带约束拉杆圆端形钢管混凝土相对于其他截面钢管混凝土受力性能更加复杂的问题,对带约束拉杆圆端形钢管混凝土截面进行强弱约束分区,将圆端形钢管混凝土截面切分为矩形和半圆形,并分别采用不同的混凝土本构关系修正,提出一种新的圆端形钢管混凝土本构关系式; 最后提出了带约束拉杆圆端形钢管混凝土轴压承载力的推荐公式,并验证了公式的合理性。利用有限元软件对57个模型构件进行精细化分析。改变拉杆直径、混凝土强度、拉杆间距、截面含钢率、高宽比等进行参数研究。结果表明:随着截面含钢率、拉杆直径、拉杆密度的提高,构件的承载力和延性均得到提高; 混凝土强度的提高能提高构件的承载力但会导致延性降低; 提出的推荐公式考虑了拉杆系数的影响,推荐公式计算结果与有限元模拟结果非常吻合,混凝土强度超过80 MPa时,计算结果偏安全,能有效预测构件的承载性能。     

带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土构件抗弯性能研究

在合理地选择材料本构模型和接触模型并考虑材料和几何非线性的基础上,建立了带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土受弯构件的有限元模型,并利用试验结果验证了有限元模型的可靠性。利用数值模型对带脱空缺陷的钢管混凝土构件在纯弯作用下的全过程工作机理进行了细致剖析,明晰了球冠形脱空缺陷对构件抗弯性能的影响机理。结果表明球冠形脱空缺陷的存在降低了钢管对混凝土的约束效应,使混凝土开裂严重以及加剧了钢管的局部屈曲从而降低了构件的抗弯承载力。基于以上分析,研究了影响约束效应的相关参数对带缺陷的钢管混凝土构件的抗弯承载力以及弯矩-挠度关系曲线的影响规律,并在此基础上提出了考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土抗弯极限承载力的简化计算公式,可为相关工程实践提供参考。     

圆端形钢管混凝土构件的偏拉力学性能研究

基于有限元软件ABAQUS进行数值模拟,研究圆端形钢管混凝土构件的偏拉力学性能,有限元模拟结果和试验结果吻合较好。基于有限元模型开展机理分析和参数分析,机理分析表明:在偏拉状态下,圆端形钢管混凝土构件呈现出较高的承载能力;圆弧段钢管可有效约束核心混凝土,由于核心混凝土的支撑作用使钢管的抗拉承载力得到显著提高。参数分析表明:钢管强度、含钢率、混凝土强度和截面高宽比等参数对圆端形钢管混凝土构件的拉-弯相关曲线形状没有显著影响。基于参数分析建议了圆端形钢管混凝土构件偏拉承载力的计算公式,简化计算值和有限元模拟值吻合较好,可为工程设计提供参考依据。     

圆中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究

以空心率为变化参数,对5个纯弯构件进行试验研究,同时考察圆中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下的力学性能。在确定了钢材和混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值方法对圆中空夹层钢管混凝土纯弯构件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。最后在参数分析的基础上,提出构件抗弯承载力的简化计算公式。     

横向冲击荷载下高强钢管混凝土构件的性能

介绍一组新的关于横向冲击荷载下钢管高强混凝土构件的试验数据。对总共12个圆型钢管混凝土样本和用于对照的中空钢管进行测试。所用的钢管混凝土构件的混凝土强度达到75 MPa。建立一个有限元分析(FEA)模型来预测钢管高强混凝土构件的冲击性能,试验结果验证了这个模型的准确性。使用有限元分析模型对冲击荷载下钢管混凝土构件的性能进行全过程分析,从而了解受力状态、内力分布和抗弯承载力。最后,根据参数分析得到一个简化模型,从而计算冲击荷载下钢管混凝土构件的抗弯承载力。     

圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究

圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力.为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了 8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证.结果表明:基于双剪切统一强度理论、极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ/T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差.推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算.最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为 e/R≤1.55.     

G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

圆端形椭圆钢管混凝土短柱局部轴向受压性能研究

圆端形椭圆钢管混凝土构件作为新型异形钢管混凝土构件,具有合理的主、次轴分布和较小的阻流系数,可应用在桥梁墩柱、高架柱和拱塔上,然而目前对其局部轴向受压性能的理论研究尚有不足。提出了一种圆端形椭圆核心约束混凝土等效本构关系模型,考虑了圆端形椭圆截面特征、材料非线性、钢管与核心混凝土的复杂接触问题,建立了局压作用下圆端形椭圆钢管混凝土短柱的数值分析模型;通过试验验证了有限元分析模型的准确性;系统研究了局压面积比、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长宽比、截面面积和垫块形状等诸多参数对其局压承载力的影响,揭示其工作机理和破坏模式,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的局压承载力计算方法。研究结果将为圆端形椭圆钢管混凝土柱设计和应用提供参考依据。     

圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和长细比等诸多参数进行了系统分析,评价了各参数对圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压承载力的影响,揭示了其破坏模式。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的承载力随着混凝土强度和钢材强度的增大而增大;随着偏心率、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。最后,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压作用下的承载力设计方法。研究结果将为建立圆端形椭圆钢管混凝土结构的设计和应用提供参考。