碳纤维增强钢构件的动力稳定性分析

研究碳纤维对受动荷载作用的钢构件的增强作用。以有限单元法和钢结构稳定理论为基础,运用大型ANSYS软件进行计算与分析。计算与分析结果是碳纤维增强后的钢构件,其承受动载能力和位移延性的提高程度随着碳纤维用量的增长而增大。粘贴碳纤维能够有效地提高钢构件的承受动载力,改善钢构件的延性,提高其抗震性能。     

方形截面碳纤维增强聚合物钢管珊瑚混凝土短柱轴压试验研究

对4个方钢管珊瑚混凝土短柱构件和13个碳纤维布增强方钢管珊瑚混凝土短柱构件进行了轴压试验。观察记录构件的受力全过程和破坏现象,得到了构件荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。研究构件含钢率和外包碳纤维增强聚合物(CFRP)层数对构件极限承载力影响,并对这些影响给出了相应的机理分析,试验结果表明外包CFRP能够有效提高构件柱的承载力与核芯珊瑚混凝土的抗压强度和延性,CFRP方钢管珊瑚混凝土结构具有一定的工程应用价值。     

CFRP增强钢框架的稳定性分析

以有限单元法和钢结构稳定理论为基础,运用大型ANSYS软件进行计算与分析,研究碳纤维增强复合材料(CFRP)对钢框架承载力的增强作用。研究结果表明:CFRP增强后的钢框架,其承载能力和位移延性的提高程度随着CFRP用量的增长而增大。粘贴CFRP能够有效地提高钢框架的承载能力,改善钢构件的延性。     

碳纤维片材环绕包裹钢筋混凝土柱试验研究及延性分析

进行了6根钢筋混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的全过程试验,研究了碳纤维布环绕包裹钢筋混凝土柱对柱延性的提高作用。分析了轴压比以及碳纤维布的包裹层数等因素对构件抗震性能的影响,并对碳纤维布加固钢筋混凝土柱使其延性提高的机理进行了探讨。     

轴向和循环荷载组合下夹角对纤维复合材料包裹钢筋混凝土梁柱节点性能的影响

通过数字分析,研究轴向和循环荷载作用下夹角对采用碳纤维复合包裹的钢筋混凝土梁柱节点的剪力和延性的影响。对于梁柱节点,建立了三维非线性有限元模型并采用Marc．Mentat^TM 2001有限元分析软件进行模拟。采用已有文献中纤维增强复合材料包裹梁柱节点试验研究所提供的资料,对有限元模型的精度进行评估。用有限元方法分析不同夹角配置的碳纤维增强复合聚合物包裹加固的3个梁—柱节点的性能。分析结果显示：与水平轴成±45°,连续4层包裹纤维增强复合聚合物,对于提高轴向和循环荷载组合下梁—柱节点的剪力和延性,是最好的设计方案。     

单根C型冷弯悬臂构件滞回性能研究

冷弯薄壁型钢构件翼缘和腹板钢材厚度小、宽厚比较大,其力学性能与普通钢构件有很大差别。本文在冷弯薄壁型钢材性试验基础上进行了三组悬臂构件的有限元滞回性能分析,结果表明:构件在循环荷载作用下发生弯曲扭转耦联破坏;循环荷载作用下构件的截面尺寸对承载力有较大影响;本批冷弯薄壁型钢材料具有较好的延性。     

粘贴碳纤维布加固钢构件受拉承载力试验研究

对粘贴不同面积碳纤维布加固的钢板试件进行了单轴拉伸试验 ,通过试验采集的数据绘制了荷载 -应变曲线 ,并分析了钢构件与碳纤维之间的相互作用、试件的破坏机理、碳纤维布粘贴面积对试件承载力和延性的影响等 ,为碳纤维布加固钢构件提供了理论基础     

碳纤维布增强钢筋混凝土柱抗震能力的试验研究

通过 3根钢筋混凝土柱在周期反复荷载作用下受力性能的试验研究 ,验证了用碳纤维布包裹钢筋混凝土柱来提高其延性这种补强加固方法的有效性 ,分析了碳纤维布的包裹范围、包裹方式等因素对补强加固效果的影响 ;同时编制了计算机全过程受力分析程序 ,分析了较高轴压比情况下构件延性的变化情况 ,为进一步研究奠定了基础。     

往复荷载下钢筋增强ECC梁受力性能研究北大核心

ECC是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。通过试验研究考察了ECC的延性变形行为对钢筋增强ECC梁在往复荷载下受力性能的影响,并与普通钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,ECC的使用能够显著提高构件延性和耗能能力。基于ECC在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC梁在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果表明,所采用的ECC本构模型能够较为准确地模拟钢筋增强ECC受弯构件在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

钢管高强混凝土压弯构件抗震性能的试验研究

本通过对8根钢管高强混凝土压弯构件试件在恒定轴力和水平周期反复荷载作用下抗震性能的试验研究，阐述了混凝土强度、轴压比和含钢量对钢管高强混凝土压穹构件延性性能的影响．由试验结果分析了影响构件延性性能的主要原因及因素。并提出建议。     

钢筋混凝土冻融损伤黏结滑移本构模型及其在构件中的应用

钢筋混凝土(RC)构件在冻融循环作用下易产生黏结性能的退化,以冻融损伤RC构件为对象,研究其纵筋的黏结滑移行为。通过分析冻融作用对混凝土与钢筋界面黏结行为的影响,将黏结性能的退化归因于混凝土强度退化和保护层约束效应退化,并以钢筋混凝土黏结滑移本构和冻融黏结滑移试验结果为基础,建立了适用于冻融损伤混凝土的黏结滑移本构模型。基于已有拉拔试验数据,对所提模型的精度和可靠性进行验证。结合所提模型及微元算法进一步得到冻融损伤纵筋滑移模型,采用非线性梁柱单元与零长度截面单元串联的组合方式,将该纵筋滑移模型应用于零长度截面中的钢筋纤维本构,建立了可考虑黏结滑移行为的冻融损伤RC纤维模型。根据6榀冻融损伤RC框架柱拟静力试验结果对该纤维模型的准确性进行验证,并采用仅考虑冻融损伤混凝土强度退化的纤维模型进行辅助验证。结果表明：相比已有黏结滑移本构,所提模型可更为准确地反映冻融损伤混凝土与钢筋界面的黏结滑移行为全过程;相比纤维模型,所提冻融损伤RC纤维模型的标准化滞回力误差和滞回耗能误差分别降低了8.7%和37.0%,且可更为准确地计算冻融损伤RC框架柱的滞回曲线及耗能能力。     

反复荷载作用下矩形中空钢管混凝土柱的滞回性能研究

首先建立钢管与核心混凝土界面的粘结-滑移滞回模型、考虑包辛格效应的钢材单轴滞回模型和考虑矩形钢管约束效应后内填混凝土的单轴应力-应变滞回模型。在截面纤维模型的基础上,建立考虑界面粘结-滑移的矩形钢管混凝土柱分析模型,用Fortran语言编制相应的全过程分析程序。考虑不同的空心率因素,对4个矩形中空钢管混凝土试件进行数值模拟计算,并对荷载-位移滞回关系进行初步的理论分析。     

材料单轴滞回准则对组合构件非线性分析的影响

材料单轴滞回准则的选择是采用纤维模型进行组合构件非线性分析的关键问题之一。首先给出了混凝土、钢筋和钢材的精细滞回准则和简单滞回准则,以及精细滞回准则的程序实现流程,其中混凝土材料的精细滞回准则通过对已有模型的改进可准确考虑任意可能复杂加卸载路径下各类混凝土材料的强度退化和刚度退化特征。通过对组合梁和钢管混凝土柱的抗震性能试验进行模拟,验证了精细滞回准则的模拟精度。研究了材料单轴滞回准则对组合构件整体滞回性能模拟结果的影响。分析结果表明：钢材滞回准则是影响组合构件抗震性能模拟精度的关键因素,应考虑钢材的包辛格效应,而混凝土材料的滞回准则对非线性分析结果的影响很小,采用简单滞回准则即可取得较好的模拟精度。     

半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为研究半刚接钢框架-钢板剪力墙结构(Partially-restrained Steel Frame Steel Plate Shear Wall)的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响.分析结果表明:SPSW结构的滞回曲线具有双重特征,当周边钢框架较强时,滞回曲线趋于饱满;当内填剪力墙板较强时,滞回曲线趋于捏缩.随着节点抗弯承载力的增加,强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满,耗能能力增强,水平承载力呈增大趋势,但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构.节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大,对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小.     

有限应变条件下滞回模式对Q460高强度结构钢的适用性

对不同强度等级结构钢材进行了滞回性能试验研究，设置了等幅升幅、等幅交替和拉伸循环等不同加载路径以研究钢材在地震随机作用下的行为特性。考察了钢板板厚、屈服强度以及加载路径等参数对钢材滞回性能的影响，结果表明，在有限应变条件下，同种牌号不同板厚钢材的滞回性能差异很小，实际屈服强度接近的不同牌号钢材的滞回性能十分接近，不同加载路径下的滞回环有差异但幅度不大，结构钢材具有非完全Masing特性。在此基础上，给出了利用钢材循环加载骨架曲线确定不同应变幅值范围内Ramberg-Osgood方程相关参数的方法，进而建立了滞回环参数随应变幅变化的结构钢材滞回模型，此模型能反映屈服强度以及加载路径等的影响。与Q460钢材滞回试验进行比较，验证了该滞回模型的适用性。     

仿古建筑矩形与圆形钢管柱连接抗震性能试验研究

为研究仿古建筑中矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态和抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1∶1.5的矩形与圆形截面钢管柱连接模型,通过施加一定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对柱连接模型进行加载破坏试验。观察了试件的受力过程及破坏形态,得到了柱端水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。分析了长细比、轴压比对试件的破坏模式、滞回性能、刚度、承载力、延性和耗能能力的影响。结果表明：矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态主要是矩形截面钢管柱翼缘根部周围焊缝开裂;滞回曲线饱满,刚度退化慢,承载力高,破坏时试件的位移延性系数介于4.17～4.97之间,等效黏滞阻尼系数介于0.445～0.537之间,具有很好的耗能能力及抗震性能。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对该类连接构件进行了非线性分析,研究了轴压比、材料屈服强度、矩形钢管板件宽厚比等参数对其力学性能的影响,结果表明：提高轴压比和材料屈服强度,可提高连接构件的水平承载力,但延性降低;随着矩形钢管板件宽厚比的提高,连接构件的延性提高,但承载力有所降低。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

Q460C高强度钢柱滞回性能有限元分析

为进一步研究Q460C高强度钢柱的滞回性能,在已有试验研究的基础上,采用通用有限元分析软件ANSYS建立了数值模型,对Q460C高强度钢材焊接箱形和H形截面柱在常轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能进行模拟,并研究了残余应力对高强度钢试件滞回性能的影响。将有限元分析结果与已有试验结果进行对比,两者吻合较好。研究结果表明：采用提出的Q460C高强度结构钢滞回模型进行有限元分析,能较为准确的预测Q460C高强度钢材焊接H形和箱形柱的滞回性能;试件内残余应力对Q460C高强度钢材焊接H形和箱形截面柱的滞回性能影响较小。     

火灾后方中空钢管混凝土柱滞回性能有限元分析

为研究火灾后方中空夹层钢管混凝土柱的滞回性能,采用合理的本构关系,建立有限元模型,分析参数有受火时间、轴压比、混凝土强度、空心率,并与相应试验结果进行比较,承载能力、滞回曲线以及破坏模态吻合较好。同时对火灾后方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能进行机理分析,结果表明：混凝土强度对滞回曲线影响不明显,分析滞回骨架曲线得知承载力随着构件受火时间增加、轴压比的增大,空心率减小而减小。随着受火时间的增加,空心率的增大,构件的滞回耗能能力更好。