钢管自密实混凝土短柱的有限元分析

钢管自密实混凝土在工程结构中得到了广泛的应用.通过理论分析,建立了轴心受压钢管自密实混凝土短柱的承载力计算公式.并借助有限元分析软件ANSYS,考虑了钢管与混凝土两种材料本构关系的非线性,对轴心受压钢管自密实混凝土短柱进行了大量的非线性有限元分析,建立了钢管自密实混凝土短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型.通过数值模拟,对提出的轴心受压钢管自密实混凝土短柱的承载力计算公式得出的结果进行了验证,发现计算结果与有限元分析结果吻合良好.     

矩形钢管混凝土柱偏压极限荷载半解析计算方法

为了精确地进行矩形钢管混凝土结构分析,提出了矩形钢管混凝土柱偏压极限荷载的半解析计算方法。针对所有截面应力状态情况构建解析方程组,包括内、外力平衡方程,临界状态极值条件方程,以及根据变形假定和几何条件建立的曲率方程。通过编制数值计算程序求解方程组,得到矩形钢管混凝土柱偏压极限荷载数值解。与现有设计规范相比,提出的半解析方法选择了一种更精确的分段非线性约束混凝土本构模型。通过与已有的相关试验结果、设计标准和有限元计算结果对比分析,表明提出的半解析方法计算结果与试验结果吻合良好,计算精度与有限元法相当,高于设计标准提供方法的计算精度。     

矩形钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

通过考虑材料本构关系的非线性以及受力过程中钢管对混凝土约束等因素,建立了矩形钢管混凝土短柱在轴心荷载作用下的非线性有限元模型,讨论了构件的荷载-应变曲线、钢管与混凝土纵向应力发展规律,并与试验结果进行对比,从而证明了非线性有限元方法的可行性。     

局部承压矩形钢管混凝土短柱力学性能研究

基于单调荷载作用下钢材和混凝土的应力-应变关系模型,考虑了材料本构关系的非线性以及不同材料之间的接触关系,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了矩形钢管混凝土短柱在局压偏压下的非线性有限元计算模型。计算分析矩形钢管混凝土受局压偏压时的荷载-变形全过程关系曲线,计算曲线与试验曲线吻合较好。通过分析局压面积比、截面含钢率、钢材和混凝土强度以及端板厚度等对钢管混凝土局压力学性能的影响规律,较深入地了解矩形钢管混凝土受局压偏压荷载时的工作机制。最后,在系统参数分析结果的基础上,提出矩形钢管混凝土局压偏压承载力简化计算方法。     

考虑局部屈曲的矩形钢管混凝土轴压承载力计算方法

基于已有的试验研究与理论分析,给出了矩形钢管混凝土中钢管不出现局部屈曲时的最大宽厚比限值,同时提出大宽厚比下矩形钢管混凝土中考虑钢管屈曲的承载力计算方法。通过回归分析给出了矩形钢管混凝土轴压短柱、轴压中长柱的承载力简化计算公式,简化计算结果和大量试验结果进行对比,用试验结果验证了简化计算结果的正确性。同时,采用CECS、DBJ、EC4、LFRD及AIJ规程计算了矩形钢管混凝土承载力并和试验结果进行对比,对比结果表明:欧洲EC4规程、DBJ规程及简化计算结果与试验结果较为接近,所提出的简化计算公式不仅适用于普通宽厚比下矩形钢管混凝土承载力计算,且适用于大宽厚比下考虑局部屈曲时承载力计算,实现了普通壁厚和薄壁矩形钢管混凝土承载力计算公式的统一。     

三类钢管混凝土柱的非线性有限元对比分析

钢管混凝土由于能充分发挥两种材料的优点,目前已被广泛应用于工程实践中,而其形式多限于圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和方钢管内套圆钢管的钢管混凝土柱。本文采用有限元软件ABAQUS分别建立了3种钢管混凝土柱的非线性有限元方法,对比了它们的受力性能以及达到极限承载力后混凝土的损伤情况,并分析了各自的优势,具有工程应用价值。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性.基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数...     

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。     

恒定轴压力下材料特性对方钢管混凝土柱防火性能的影响

介绍了温度升高时钢管混凝土柱力学性能的材料模型的性能。因此,采用了热传递数值分析和非线性热应力分析,其中考虑到现有的材料特性如混凝土和钢筋的热学及力学特性。此外,对10个300~350mm矩形横截面的钢管混凝土柱构件,根据KSF2257(等同于ASTME119和JISA1304)加热2h,将数值分析与试验结果相对比可知,现有的材料模型如Eurocode,AIJ,Lie’s材料模型和Yin’s材料模型都可以有效用于此分析。     

钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

本文主要围绕矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的非线性有限元分析展开,采用有限元分析软件ANSYS,初步解决了该种类型节点有限元分析的关键问题。计算结果与试验结果的对比表明,本文采用的分析方法,可以比较准确地预测低周反复荷载作用下矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的滞回特征,可用于类似结构的计算分析及其受力机理的探讨。     

压弯作用下设传力构件的矩形钢管混凝土柱力学性能研究

为研究设置传力构件的矩形钢管混凝土柱在偏压作用下的力学性能,采用有限元软件ABAQUS建立一个矩形钢管混凝土柱3层模型,不考虑钢管壁与核心混凝土之间的黏结作用,只设置传力构件,分析在大小偏压作用下模型的变形能力。结果表明,在偏压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱钢管壁和核心混凝土很好地实现了共同工作,且变形基本符合平截面假定。为进一步研究在偏压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的承载能力,建立了一个简化的设置传力构件的矩形钢管混凝土框架30层模型,选择不同的轴压比,计算求得设置传力构件的矩形钢管混凝土柱承载力骨架曲线。根据CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》,得到设置传力构件的矩形钢管混凝土柱偏压承载力的计算方法,并针对规程中关于大偏压承载力的计算方法提出可进一步完善的建议。基于GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》,给出CECS 159∶2004规程中大偏心受压阶段矩形钢管混凝土柱正截面受压承载力调整计算式。     

钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

本文主要围绕矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的非线性有限元分析展开,采用有限元分析软件ANSYS,初步解决了该种类型节点有限元分析的关键问题。计算结果与试验结果的对比表明,本文采用的分析方法,可以比较准确地预测低周反复荷载作用下矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的滞回特征,可用于类似结构的计算分析及其受力机理的探讨。     

L形钢管混凝土轴压柱力学性能研究

在选择合适的钢管混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土的矩形轴压柱实验进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好,基于此正确模型基础上,利用ABAQUS软件建立了L形钢管混凝土轴压柱的数值分析模型。对L形钢管混凝土柱的受力特性进行了分析,对比了是否考虑焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:L形方钢管混凝土轴压柱的极限承载力随着单肢截面高宽比β的增大而不断减小,焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱承载能力提高有一定贡献,L形钢管混凝土轴压柱在转角处有扭曲和应力集中现象。     

钢管混凝土短肢组合剪力墙轴压整体稳定承载力设计方法研究

本文主要研究了钢管混凝土短肢组合剪力墙在轴心受压作用下的整体稳定承载力的设计方法。利用非线性有限元分析软件Abaqus建立钢管混凝土短肢组合剪力墙模型,之后将数值模拟的结果和试验结果进行对比以校核数值模型的准确性。随后采用此模型进行参数分析,分析了现有设计公式在不同钢管厚度、混凝土强度和截面高宽比情况下的适用性。分析结果表明公式计算的精度与混凝土对于承载能力贡献相关。根据以上发现对于现有公式进行修改后,得到计算结果与有限元分析吻合地更好。     

考虑徐变非线性的钢管混凝土柱徐变稳定承载力计算方法

对高持荷荷载作用后钢管混凝土柱稳定性能进行了数值分析,同时结合初弯曲构件稳定理论和Perry公式,通过理论推导提出了钢管混凝土柱徐变后稳定承载力计算公式。为深入研究构件徐变稳定性能,将钢管混凝土非线性徐变模型以及考虑约束作用和材料非线性的应力-应变关系引入ABAQUS,建立了钢管混凝土柱有限元分析模型;在验证了有限元模型可靠性的基础上,通过参数分析研究了长细比、含钢率、长期荷载等级、混凝土强度以及钢材屈服强度对构件徐变稳定承载力的影响;并将理论推导所得构件徐变稳定承载力计算公式与有限元分析结果进行了对比。结果表明:时效作用对钢管混凝土柱稳定性能的影响不容忽视,可使构件稳定承载力降低15.5%;影响构件徐变稳定承载力的主要参数包括长细比、长期荷载等级、含钢率,其中混凝土强度及钢材屈服强度的影响较小;所提公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,最大差值不超过10%,公式计算结果与有限元分析结果比值的均值为1.01,标准差为0.035,变异系数为3.4%。     

钢管活性粉末混凝土柱界面黏结性能研究

为了研究钢管与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)之间的界面黏结性能,对两组钢管RPC柱进行轴心推出试验。建立钢管RPC柱的非线性有限元模型,通过合理选用钢管、混凝土、接触单元及其参数,并与文献[14]中钢管混凝土轴心推出试验的试验数据进行对比,验证了有限元模型的有效性,进而对钢管RPC柱的界面黏结承载力进行计算。试验结果表明,钢管RPC柱的黏结荷载-滑移曲线以及黏结破坏荷载规律与普通钢管混凝土轴心推出试验规律相似。有限元分析结果与试验结果符合较好,该有限元模型可以用于钢管RPC柱的界面黏结承载力计算。     

T、L形钢管混凝土柱的本构模型及非线性分析研究

以现有T、L形钢管混凝土柱试验研究为基础,本文进行了如下工作：（1）针对T、L形钢管混凝土柱的受压约束承载机理,建立了内填混凝土的等效单轴滞回本构模型;（2）建立了悬臂柱在反复荷载作用下的滞回全过程分析模型,编制了T、L形钢管混凝土柱的滞回全过程分析程序;（3）对所完成的试件进行了滞回全过程数值分析,分析与试验结果在荷载-位移和荷载-应变两种层次上进行了对比,验证了本文模型和分析程序的正确性,表明该程序能从构件、材料两种层次上表现出钢管混凝土柱的非线性发展过程。之后,对T、L形钢管混凝土柱中有代表性混凝土和钢单元应力-应变发展全过程进行了数值模拟。结果表明本文模型能用于T、L形钢管混凝土结构的非线性分析。     

轴压下细长椭圆钢管混凝土柱的数值模拟

采用非线性有限元模型(FEM)研究轴压下细长椭圆钢管混凝土柱(CFST)的性能。将代表构件典型截面尺寸和长细比的18根椭圆钢管混凝土柱的试验结果与有限元分析结果进行对比,验证了有限元方法的准确性。对现行欧洲规范4中圆形和矩形钢管混凝土柱的设计准则是否适合推广到椭圆钢管混凝土柱进行了讨论。为涵盖目前用于描述重要结构性能和设计参数的不同截面尺寸和长细比,如柱缺陷、长细比和屈曲折减系数等,对各种截面尺寸、长度和混凝土强度进行了参数研究。尽管使用欧洲规范4中缺陷为l/300的规定对长细比较小的椭圆钢管混凝土柱过于保守,欧洲规范4给出的圆形和矩形钢管混凝土柱的设计准则仍可用于计算椭圆形钢管混凝土柱的轴向屈曲。     

基于ABAQUS的钢管混凝土柱有限元分析

ABAQUS作为一款大型有限元分析软件,其在工程结构研究领域得到了大量的应用。本文基于混凝土损伤塑形模型,采用该软件对两钢管混凝土轴压柱进行有限元模拟,讨论了钢管混凝土柱的三维非线性分析的建模方法和模型参数取值。研究了钢管混凝土柱的破坏特征、应力和应变特点等,并与试验结果对比,验证有限元模拟结果的可靠度。