圆锥形钢管混凝土长柱力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立圆锥形钢管混凝土长柱力学性能分析的三维实体有限元计算模型,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:有限元计算与试验所得的荷载-3H/4挠度曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上,对圆锥形钢管混凝土长柱受力全过程中钢管与混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用规律,并对长细比、锥度、偏心距、材料强度及钢管壁厚等参数对圆锥形钢管混凝土长柱初始刚度、承载力及荷载-3H/4挠度曲线的影响进行比较。结果表明:圆锥形钢管混凝土长柱在3H/4处发生侧向挠曲破坏,长细比、锥度、偏心距、混凝土抗压强度及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

方锥形钢管混凝土长柱工作机理分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立方锥形钢管混凝土长柱力学性能分析的三维实体有限元计算模型,并进行相应的试验研究。有限元计算与试验所得的荷载-3H/4挠度曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上,分析方锥形钢管混凝土长柱中钢管和混凝土的应力、应变分布情况以及钢管与混凝土之间的组合作用,并比较长细比、偏心距、锥度等参数对方锥形钢管混凝土长柱极限承载力及荷载-3H/4挠度曲线的影响。结果表明:方锥形钢管混凝土长柱在3H/4处发生倾向挠曲破坏,长细比、锥度、偏心距、混凝土抗压强度及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能分析的三维实体有限元模型,并进行相应的试验,有限元计算与试验所得的荷载-柱中挠度全过程曲线及长柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、材料强度、钢管壁厚及截面尺寸等参数对轴压时长柱极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在1/2柱高处发生侧向挠曲破坏,长细比等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载 挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明：方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。     

圆形钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压性能有限元分析

通过4根短柱(1根RC方柱和3根钢管自密实混凝土加固柱)的偏心受压试验,研究外套钢管自密实混凝土加固法对RC方柱承载力和延性性能的影响,结果表明加固后RC柱的承载力与延性得到大幅提高,且加固柱的承载力随偏心距的增大而减小。为进一步研究钢管壁厚和后浇混凝土强度对加固效果的影响,采用了通用有限元软件ANSYS对加固偏压柱的受力全过程进行了计算分析。经验证,计算所得试件的荷载-变形曲线与试验结果吻合良好。在此基础上对加固柱进行参数分析研究,研究结果表明:偏心距对加固偏压柱的承载力影响最为明显,其次是钢管壁厚,自密实混凝土强度的影响较小。     

圆钢管约束钢筋混凝土偏压构件的受力性能研究

为研究钢管约束钢筋混凝土偏压构件的受力性能,以钢管径厚比、构件长细比和加载偏心距为主要参数,完成了12个圆钢管约束钢筋混凝土受压构件的单调静力试验。研究了该类构件的破坏模式、承载力和荷载-应变关系等,在验证有限元模型有效性的基础上,对该类构件进行了大量的参数分析,考察了构件长细比、加载偏心距和加载模式对其受力性能的影响规律。试验结果表明:钢管约束钢筋混凝土偏压柱的破坏位置主要集中在切缝处,受拉侧切缝开口加宽,受压侧混凝土被局部压溃;钢管径厚比对构件的承载力影响不大,主要影响构件的延性;构件长细比和加载偏心距对其力学性能影响显著。有限元参数分析结果表明:加载模式对构件承载力的影响不大,构件的承载力与长细比和加载偏心距相关联;当构件长细比增大,加载偏心距减小时,极限荷载增加的幅度更大。研究成果可为钢管约束钢筋混凝土偏心受压柱的工程实践提供参考。     

离心钢管混凝土偏心受压构件力学性能研究

针对离心钢管混凝土柱在实际工程应用中存在偏心受压情况,须充分研究其偏压性能及承载力。文章通过ABAQUS有限元分析软件建立偏心受压下离心钢管混凝土柱的数值分析模型,并考虑钢管与混凝土之间的接触问题,材料非线性以及空心特征,分析了偏心率、钢管壁厚及空心率等参数的影响。依据有限元模型计算结果得出,偏心距对离心钢管混凝土偏压构件受力性能与承载力的影响较大,而钢管壁厚和空心率的影响作用偏弱。并结合现有实心钢管混凝土偏压承载力计算公式,提出适用于离心钢管混凝土柱偏压承载力计算公式。     

钢管再生混凝土柱力学性能的影响因素

对7组钢管再生混凝土柱进行了单偏压试验,研究了再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚对钢管再生混凝土柱破坏形态、承载力、轴向荷载-轴向位移曲线和轴向荷载-柱中侧向挠度曲线的影响。结果表明,不同取代率、长细比和壁厚条件下的钢管再生混凝土柱在加载过程中都会依次出现轻微鼓胀、鼓曲变形、严重变形和整体破坏的过程,且破坏特征可分为加载过程中试件上端距顶部120~220 mm位置处受压屈曲并发生弯曲直至整体破坏,以及中部弯曲失稳直至整体弯曲破坏两类;取代率对单偏压试件承载力的影响要明显小于长细比和壁厚,且在其他设计参数不变条件下,钢管再生混凝土柱的承载力会随着再生骨料取代率减小而增大、长细比增大而减小、壁厚增大而提高;在其他设计参数不变条件下,再生骨料取代率的增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度减小、侧向变形增大;长细比的增加会造成钢管再生混凝土柱的侧向刚度减小、侧向扰度明显增大;壁厚增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度略有增大、侧向扰度则明显增大。     

椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土构件纯弯力学性能分析的有限元计算模型,并通过6个椭圆形钢管混凝土构件纯弯试验验证有限元计算模型的准确性。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力分布情况进行分析,同时给出钢管与核心混凝土之间的相互作用,并对剪跨比、钢管强度、混凝土强度、短轴长和长轴长等参数对纯弯时构件极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土构件在跨中发生倾向弯曲破坏,钢管屈服强度、混凝土强度、长轴长、短轴长及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,剪跨比对其力学性能影响不明显。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

异形钢管短柱轴压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立等截面周长的三角形、扇形、D形、1/4圆形、1/2圆形5种异形截面钢管短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,有限元计算与试验所得的荷载-应变全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管的应力与塑性应变的分布进行分析,并对截面形式、钢管壁厚、钢管屈服强度等几种影响异形钢管承载力和变形的因素进行比较。结果表明:异形钢管短柱在1/2柱高处发生局部屈曲破坏,截面形式、钢管壁厚、钢管屈服强度等参数对其力学性能影响显著。     

异形钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立等截面周长的三角形、扇形、D形、1/4圆形、1/2圆形5种异形截面钢管混凝土短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,对比圆形截面进行6组试验,有限元计算与试验所得的荷载-应变全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上,对荷载-应变关系全过程中钢管与混凝土的相互作用进行分析,最后对截面形式、钢管壁厚(t)、钢管屈服强度(fy)、混凝土抗压强度(fcu)等几种影响异形钢管混凝土短柱承载力和变形的因素进行比较。结果表明:异形钢管混凝土短柱在1/2柱高处发生向外鼓曲破坏,截面形式、钢管壁厚、混凝土抗压强度等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

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。     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中.为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了 12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比.结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢...     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能,采用有限元软件ABAQUS对钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压试件进行非线性有限元分析,研究了长细比、偏心率、配骨指标和加载方向这些参数对组合柱小偏心受压力学性能的影响。通过回归分析提出小偏心受压承载力简化计算公式,并将简化公式计算结果与试验结果及有限元（FEM）计算结果进行对比。结果表明:长细比、偏心率对组合柱小偏心受压承载力影响较显著;配骨指标的增大能提高组合柱的延性;加载方向对承载力影响很小;简化公式计算结果与试验结果及有限元计算结果吻合良好。     

带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱承载力分析

针对带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱,通过试验和有限元模拟分析,研究该类型组合柱在偏心荷载作用下的受力特性,就偏心距、长细比、垫板厚度和间距等参数对组合柱承载力、刚度与轴向荷载的关系和M-φ曲线的影响进行讨论。结果表明:C型钢腹板和受压翼缘在整体失稳之前出现了严重的局部屈曲,组合柱的破坏模式均为弯矩作用平面内的弯曲失稳。长细比、偏心距和垫板间距是影响组合柱受力性能的主要因素,垫板厚度的影响有限。最后与规范GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定的柱承载力的计算方法进行对比,对该类组合柱的承载力计算给出了相关建议和承载力计算的修正系数。