钢管混凝土结构研究新动向

本文对国内外现有计算理论和公式的实质进行了分析.提出把钢管混凝土视为一种新的组合材料进行研究的新概念.在正确选定钢管和核心混凝土本构关系的基础上,首次导出了组合材料轴心受力时本构关系全过程.得到组合材料的物理力学性能指标:屈服点、弹性模量、切线模量和强化模量等.按照构件的几何参数:面积、惯性矩、截面抵抗矩和截面回转半径等,即可导出各种构件的计算公式.形成了以本构关系为基础的一整套具有一定理论基础的计算体系,为研究钢管混凝土结构开创了一种新途径.     

圆CFRP-钢管约束混凝土轴压力作用下的本构关系

目的进行圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力全过程分析以及圆CFRP-钢管混凝土构件的承载力简化计算,研究圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系.方法以试验研究为依据,对已有的圆钢管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系进行修正,给出回归表达式以及简化式.结果得到了圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系表达式以及简化式.结论圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系可以划分为三阶段：弹性阶段,弹塑性阶段和下降段.     

基于三维非线性有限元法的压力钢管弹性垫层模量优选研究

针对某水电站发电坝段压力钢管弹性垫层模量的优选问题,采用三维非线性有限元法和混凝土开裂本构模型进行了计算分析.结果表明:设置弹性垫层对于控制压力钢管外包混凝土裂缝的开展效果明显;随着垫层模量的增大,压力钢管的拉应力逐渐减小,而混凝土开裂体积的变化不明显,同时,开裂体积的最小值出现在两个端点值中间的某一个值而非端点值,体现了混凝土开裂问题的非线性特征.     

离心钢管混凝土弯扭构件试验研究与理论分析

在对组合结构材料离心混凝土圆筒试块的抗压试验和钢板材的抗拉试验的基础上,进行了11个离心钢管混凝土弯扭构件的试验研究,研究了构件在弯扭组合作用下的工作性能与机理.并基于组成离心钢管混凝土的钢材与离心混凝土的本构关系,利用试验实测的参数,建立了有限元分析模型.考虑不同弯扭作用的加载路径,对弯扭构件进行了全过程分析.结果表明,试验与理论分析结果吻合良好.根据试验与理论计算结果,提出了离心钢管混凝土弯扭构件的承载力相关方程,可为工程设计提供理论依据.     

CFRP钢管混凝土轴压短柱的力学性能计算

目的用合成法得到CFRP（碳纤维增强塑料）钢管混凝土构件的荷载-应变关系全过程曲线并研究该新型构件的力学性能.方法以合成法为基础,分别选定CFRP、钢材及核心混凝土的本构关系模型,运用平衡条件和变形协调条件将三者的应力-应变关系合成构件的组合关系,对构件的受力行为进行全过程分析.结果通过研究CFRP、钢材及混凝土这三种材料的本构关系模型,得到组合材料的本构关系模型.结论试验验证,用合成法得到的该种构件荷载-应变关系全过程曲线与试验得到的构件荷载-应变关系全过程曲线相吻合,证明了该理论的正确性.     

混凝土水化热温度场对大直径钢管混凝土柱结构的影响

应用弹性力学原理和大型有限元分析软件ANSYS 8.0,研究了大直径钢管混凝土柱由混凝土水化热引起的温变产生的初始应力对结构的影响,并推导了紧箍力与材料热力学性能参数本构关系公式。算例表明,初始应力值一般较小可忽略,ANSYS 8.0分析结果与弹性力学理论分析结果相吻合。     

钢管混凝土中混凝土的三向本构关系

钢管混凝土是在钢管内填充混凝土组成的一种组合材料,参照Ｍ．Ｄ．Ｋｏｔｓｏｖｏｓ和Ｊ．Ｂ．Ｎｅｗｍａｎ提出的混凝土三向本构关系和钢管混凝土中混凝土的单向本构关系模型。推导出一种适合于钢管混凝土三维双重非线性分析的混凝土三向本构关系,并通过编制的限元程序计算算例,验证了所推导的钢管混凝土中混凝土的三向本构关系的正确性。     

混凝土的本构关系模型及其在钢管混凝土数值分析中的应用

本文简要回顾工程中最常用的材料－混凝土的本构关系模型的研究现状，并对混凝土的本构关系在钢管混凝土数值分析的应用问题进行了探讨。最后，提出一种适合于钢管普通混凝土和钢管高强混凝土轴压构件数值分析中的混凝土本构关系模型。     

玻璃钢管混凝土柱轴心压缩本构关系研究

研究分析了玻璃钢管混凝土柱的轴心压缩特性后得出，玻璃钢管混凝土具有与钢管混凝土完全不同的力学特性。依据试验结果建立了玻璃钢管混凝土柱轴心压缩本构模型和轴向应力－应变全过程的定量关系，并分析了玻璃钢管的泊松比、自身承载力对组合结构强度的影响。     

钢管煤矸石混凝土轴压中长柱的非弹性屈曲荷载

论述了普通钢管混凝土结构、钢管煤矸石混凝土结构的研究及发展现状．分析了煤矸石作为二次资源代替普通砂石作骨料的可行性．并指出煤矸石混凝土灌入钢管，构成的钢管煤矸石混凝土组合材料在应用于建筑物的竖向承重构件中所具有的优越性；并用切线模量理论推导出计算钢管煤矸石混凝土轴压中长柱非弹性屈曲荷载的计算公式；进行了钢管煤矸石混凝土轴压中长柱的试验测试，将理论计算结果与实验结果进行对比；确定了钢管煤矸石混凝土轴心受压短柱与中长柱以及中长柱与长柱的界限长细比；为将钢管煤矸石混凝土结构应用于工程实践奠定了理论基础．     

圆钢管混凝土截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法

为便于有限元分析,建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法,基于合理的钢管混凝土数值本构模型,利用截面分层法对圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系进行全过程分析,根据轴压比、钢管屈服强度、混凝土强度等级和含钢率等各主要因素对轴力-弯矩-曲率关系的影响,通过大量参数分析,分别建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关方程实用计算公式和轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法.通过与圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关承载力和轴力-弯矩-曲率关系曲线试验结果的对比,验证该实用计算公式和实用计算方法的正确性.研究结果为圆钢管混凝土结构非线性有限元分析奠定基础.测试结果显示了方法的有效性.     

基于ABAQUS的钢管混凝土L形柱有限元分析

为了对钢管混凝土L形柱的力学性能和工作机理进行分析,将钢管对混凝土不均匀的约束作用简化为侧压相等的约束.考虑截面形状对侧向约束的影响,对Mander约束混凝土本构模型进行修正,建立了核心混凝土的本构关系.应用有限元软件ABAQUS对3个轴压短柱试件进行了模拟分析,并将计算结果与试验结果进行了对比,在此基础上探讨了构件中钢管对混凝土的约束机理.计算结果表明,该本构关系能较好地适用于对钢管混凝土L形柱轴压性能的非线性分析,钢管对混凝土的约束效应主要集中在L形截面阳角处.     

基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,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进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

钢管混凝土组合柱受剪承载力分析模型

目前,有关钢管混凝土组合柱构件受剪承载力的试验研究、理论模型及计算方法尚少。为此,基于组合柱受剪试验研究,探讨桁架-斜压场理论用于计算受剪承载力的适用性,并与中国规范T/CECS 188、美国规范AISC、欧洲规范EC4进行对比分析。其中修正桁架-斜压场模型是基于管内外混凝土不同约束条件,以钢管为界划分构件截面区域,提出能够考虑轴压力作用下,钢管约束对管内混凝土强度影响的受剪承载力计算方法。研究表明：桁架-斜压场理论分析方法的计算结果与36组试验数据吻合度高,不仅能够较好反映组合柱构件的受剪机理,且模型计算敏感性受剪跨比、体积配箍率、混凝土强度、轴压比、套箍指标和钢管径厚比等变化参数的影响不大,绝大部分试件的计算值与试验值比值介于0.85~1.15;采用中国规范T/CECS 188计算值普遍低于试验值,未能准确预估构件的实际承载力;采用美国规范AISC、欧洲规范EC4的计算值的离散性较大。     

采用分离模量分析钢管混凝土框架结构的抗震性能

基于一榀两跨3层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型的抗震性能试验,建立了反复荷载作用下的刚度退化规律。选用合理的反复荷载作用下钢材和钢管约束混凝土材料的本构模型,考虑钢与混凝土的粘结滑移作用以及节点加强等因素的影响,应用钢管混凝土分离模量理论,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化程序设计语言编制的命令流,对钢管混凝土框架在反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,并讨论了套箍系数对框架结构抗震性能的影响。     

钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点性能

为了研究钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点的力学性能和半刚性特性,制作了4个比例为1∶3的节点模型进行试验,借助有限元分析软件ABAQUS建立了节点的有限元模型进行数值计算,分别进行了试验结果与数值计算的相应测点的应变、位移等结果的对比分析.通过试验与数值计算彼此校核,得到了与试验相符的有限元模型.在此模型的基础上,建立了该组合梁柱节点只含几何参数的相对弯矩-转角曲线模型.     

早龄期钢管混凝土短柱轴压性能试验与理论分析

为研究早龄期钢管混凝土的轴压性能,对同批次浇筑的钢管混凝土短柱进行不同混凝土龄期下的轴压试验研究,得到不同混凝土龄期下试件荷载-变形曲线和破坏形态.分析了不同龄期下试件的破坏形态、荷载-应变曲线以及极限承载力随龄期的变化规律;在已有混凝土龄期应力-应变关系基础上,将国标GB 50010中成熟期混凝土的本构关系扩展到可以适用早龄期混凝土的情况.结合上述试验建立了早龄期钢管混凝土短柱的轴压有限元模型,并对早龄期圆形和方形钢管混凝土的轴压性能进行分析,结果表明:早龄期钢管混凝土的套箍效应随着龄期的增长而增大,且圆形截面的套箍作用和受力性能明显高于方形截面;在成熟期钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的基础上,通过引入龄期套箍修正系数建立了早龄期钢管混凝土短柱的强度承载力计算公式,并采用均匀设计方法对不同龄期圆形和方形钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了模拟,从而验证了公式的适用性,而且具有较高的准确性.该研究将为钢管混凝土结构的安全施工提供参考.     

钢管混凝土三维非线性梁单元的研究与应用

为研究钢管混凝土构件的力学性能.建立可承受压弯剪(扭)的三维钢管混凝土梁单元,用双线性随动硬化模型模拟外包钢管的本构关系,对核心受拉和受压混凝土采用不同的非线性材料特性.利用自行编制的程序,对各种钢管混凝土构件进行荷载-变形全过程分析,计算结果与试验数据符合较好.     

Axial bearing capacity of short FRP confined concrete-filled steel tubular columns

The bearing capacity of FRP confined concrete-filled steel tubular (FRP-CFST) columns under axial compression was investigated. This new type of composite column is a concrete-filled steel tube (CFST) confined with fiber-reinforced polymer (FRP) wraps. Totally 11 short column specimens were tested to failure under axial compression. The influences of the type and quantity of FRP, the thickness of steel tube and the concrete strength were studied. It was found that the bearing capacity of short FRP-CFST column was much higher than that of comparable CFST column. Furthermore, the formulas for calculating the bearing capacity of the FRP-CFST columns are proposed. The analytical calculated results agree well with the experimental results.     

钢管混凝土三维非线性梁单元的研究与应用

为研究钢管混凝土构件的力学性能。建立可承受压弯剪（扭）的三维钢管混凝土梁单元，用双线性随动硬化模型模拟外钢管的本构关系，对核心受拉和受压混凝土采用不同的非线性材料特性。利用自行编制的程序，对各种钢管混凝土构件荷载－变形全过程分析，计算结果与试验数据符合较好。