基于纤维梁单元模型的内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件延性分析

采用ABAQUS有限元软件并结合二次开发的纤维梁单元模型程序i Fiber LUT,在合理选取钢材与混凝土本构关系的基础上建立基于纤维梁单元的往复加载下内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件数值分析模型,并与已有试验进行对比验证。计算出往复荷载作用下典型压弯构件的荷载-位移滞回关系曲线,并给出相应的骨架曲线。分析了轴压比、型钢含钢率、不同加载方式以及材料强度等参数对构件骨架曲线和延性的影响。结果表明:轴压比和型钢含钢率是影响组合构件延性的重要因素,其中轴压比对构件延性的影响最为显著,该类构件总体上表现出良好的延性和较高的承载力,能够适用于地震区建筑的结构设计。     

超高强型钢混凝土组合柱受力性能及设计方法

为研究JGJ 138—2016《组合结构设计规范》对于超高强型钢混凝土(SRC)组合柱的适用性,根据试验研究、数值模拟和理论分析,对材料强度涵盖C130、C90高强混凝土和S690、S500、S355型钢的SRC柱受力性能和工作机理进行了研究。试验变量包括荷载偏心率、构件含钢率、钢纤维掺量及箍筋构造形式等,对构件破坏模式、承载能力和变形能力等指标进行分析,并基于纤维单元法预测了压弯构件荷载-挠度响应和轴力-弯矩相关曲线。通过对比分析,指出现行欧洲规范EC4中塑性应力分布方法高估了SRC柱承载力,并基于钢与混凝土强度匹配准则和柱构件变形性能,提出了高强材料有效强度用于SRC柱承载力预测,预测效果较设计规范有明显改善。     

T形多腔钢-混凝土组合构件压弯性能研究

多腔钢-混凝土组合构件通过变化截面高厚比可作为组合柱、组合短肢剪力墙和组合剪力墙,灵活地应用在具体结构中,在结构外缘采用T形多腔钢-混凝土组合构件可减少室内结构柱外露。为此,针对截面高厚比为3~8的T形多腔钢-混凝土组合构件开展压弯性能研究。以截面高厚比和试件高宽比为变化参数,对4个T形多腔钢-混凝土组合构件在偏压荷载作用下的压弯力学性能进行了试验研究,并对试件的变形发展过程、破坏模式和承载力进行了分析。在试验研究的基础上,运用有限元模型分析了偏压荷载作用下T形多腔钢-混凝土组合构件的受力全过程和多腔钢管与混凝土的相互作用,并分析了截面高厚比、混凝土强度、钢材强度和钢板厚度等参数对构件压弯力学性能的影响。研究结果表明:构件在偏压荷载作用下发生整体弯曲破坏模式;多腔钢管对核心混凝土的不均匀约束作用表现为腔体角部大于内隔板对混凝土的约束,内隔板中部大于自由边钢板中部对混凝土的约束;截面高厚比是影响构件截面压弯承载力相关曲线的关键参数。在此基础上提出了适用于不同截面高厚比的T形多腔钢-混凝土组合构件的压弯承载力计算公式。     

方钢管高强混凝土受弯构件力学性能的数值分析

为研究往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的力学性能,运用有限元软件ABAQUS对方钢管高强混凝土受弯构件进行数值模拟,分析混凝土强度及含钢率对受弯构件力学性能的影响,发现往复荷载作用下方钢管高强混凝土受弯构件的弯矩-曲率滞回关系曲线形态饱满,整个滞回曲线呈梭形,没有捏拢现象。由此可知,在一定范围内混凝土强度和含钢率的提高有助于方钢管高强混凝土受弯构件抗震性能的改善。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型

为准确描述钢筋混凝土结构的非线性地震灾变过程，建立了一种基于显式算法可考虑地震作用应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型，并以材料子程序(VUMAT)的形式嵌入ABAQUS有限元分析平台中。对混凝土、钢筋以及钢筋混凝土柱动态加载试验进行了数值模拟，测试并验证该模型用于钢筋混凝土材料及构件动态性能分析的准确性和有效性。研究结果表明，所提出的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型计算精度较高，能够准确并实时反映地震作用下应变率对材料及构件动态性能的影响，可为精确计算钢筋混凝土结构在地震作用下的非线性动力反应提供理论基础。     

Theory of seismic response analysis of steel-concrete composite structures using fiber beam elements

通过大型通用有限元程序MSC.MARC(2005r2)二次开发将纤维截面模型和基于位移的无滑移分布塑性铰梁单元相结合,得到了一种用于钢-混凝土组合结构地震反应分析的纤维梁单元。该单元在兼顾模型的准确性、通用性以及高效性的同时,具有较优的求解效率、数值稳定性以及前后处理速度。根据工程中常用组合截面的特点提出了组合截面的定义方式及其纤维离散过程,并给出了截面本构关系的求解流程。分析了混凝土、钢材以及钢筋三种材料的单轴本构关系,混凝土材料模型能反映普通、高强以及约束混凝土的不同力学特性,并在已有的考虑单次加卸载强度退化模型的基础上发展了能够考虑多次加卸载强度退化行为的混凝土滞回准则,从而使模型更符合地震作用下组合构件中混凝土材料的实际复杂非线性行为,钢材和钢筋模型能较合理地考虑往复荷载作用下的包兴格效应。     

基于结构精细化模拟分析平台的弯剪纤维单元模型

为模拟钢筋混凝土柱在轴力、剪力和弯矩耦合作用下的非线性滞回特性,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的弯剪纤维单元模型,并引入到结构精细化模拟分析（RSAPS）平台中。该模型基于Timoshenko梁理论,材料模型选用基于修正斜压场理论（MCFT）的二维钢筋混凝土本构模型。应用RSAPS平台分别模拟往复荷载作用下发生弯曲、弯剪和剪切破坏的钢筋混凝土柱的滞回性能,并将分析结果与试验和未考虑剪切变形的纤维单元模型模拟结果进行对比。结果表明：对于发生弯曲破坏的构件,由于剪切变形较小,未考虑剪切变形的纤维单元和弯剪纤维单元均可以较好地模拟构件的滞回性能;而对于发生弯剪破坏和剪切破坏的构件,采用未考虑剪切变形的纤维单元模型,会高估构件的初始刚度和耗能能力,也会高估其受剪承载力;而所提出的弯剪纤维单元模型能较好地模拟构件的刚度和承载力退化,同时,也能较好地模拟滞回曲线中的捏缩现象,模拟结果与试验结果吻合较好。     

分散型钢混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究分散型钢混凝土组合柱(ISRCC)的抗震性能,分析组合柱中分散布置的型钢和混凝土之间的协同工作情况,对4个ISRCC柱进行偏心率为10%和15%的低周往复加载试验。与传统低周往复加载试验相比,试验中按预定路径同时施加竖向荷载和水平荷载。分析了ISRCC柱在低周往复荷载作用下的承载力、延性、破坏形态、裂缝分布和刚度退化等。试验结果表明：所有ISRCC柱均为小偏心压弯破坏,试件整体性较好;在偏心率15%以内,屈服荷载前各试件满足平截面假定,能够有效发挥型钢和混凝土的组合作用;ISRCC柱压弯承载力的试验值与ACI 318-2014、EN 1994-1-1和YB 9082-2006《钢骨混凝土结构技术规程》等规范中的承载力计算结果吻合较好,验证了现有规范中普通钢骨混凝土（SRC）柱压弯承载力的计算方法对偏心率15%以内的ISRCC柱的适用性;试件的极限位移角为1/88~1/65,满足我国规范对罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性层间位移角的要求,具有较好的变形能力。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

基于ABAQUS的钢筋混凝土柱拟静力试验非线性分析

为了研究ABAQUS在钢筋混凝土结构拟静力试验数值分析中的适用性,选取了美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的一根矩形截面钢筋混凝土柱（RC柱）的拟静力试验数据,在ABAQUS中分别采用实体单元和纤维梁单元两种方式对其在低周往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：剪跨比不仅影响了RC柱的最终破坏形态,还会影响其抗侧刚度,且剪跨比越大,抗侧刚度越小;轴压比的增大会导致骨架曲线出现下降段,使RC柱的延性降低;混凝土强度对滞回曲线影响较小,纵筋配筋率的增大可有效提高RC柱的水平抗侧力。     

纤维增强复合材料加固钢—混凝土组合梁研究综述

对钢—混凝土组合梁结构作了简要介绍,并通过探讨FRP加固钢—混凝土组合梁的研究进展,总结了FRP加固钢—混凝土组合梁的研究热点和尚待解决的突出问题,以供参考借鉴。     

华润中心结构设计中的关键技术

深圳华润中心结构复杂,存在大量的转换构件,且结构长度远远超过规范要求分缝的限值。结合工程本身的特性,设计采取了分层钢管芯混凝土组合柱、半空心型钢混凝土转换梁、格构式空腹箱形钢梁、抗剪型钢混凝土转换梁等多种结构体系相结合的措施。结构体系的刚度、延性和稳定性良好,确保了工程的安全性和经济性,满足了建筑方案对空间的要求。主要介绍工程结构关键技术的设计和应用特点,并对工程中应用的33m跨格构式空腹箱形钢梁组作为中庭转换梁的设计及构造作出分析。     

大跨度型钢混凝土梁设计实例和分析

综述相关文献,介绍型钢混凝土组合结构概念,类型和适用范围,并与钢筋混凝土、钢结构梁比较的优缺点,并给出在给定条件下设计15m大跨度型钢混凝土梁计算实例和步骤,结果与其他类型梁对比分析,得出型钢混凝土梁是符合要求的较优选择.     

大跨度钢-混凝土组合梁的设计比较

针对某大跨度梁,分别采用普通钢筋混凝土梁、钢骨混凝土梁、钢-混凝土组合梁进行计算,并对其受弯承载力、挠度、裂缝、梁高度、用钢量等技术指标加以比较。对比结果表明,大跨结构采用钢-混凝土组合梁在减轻自重、提高材料使用效益、提高抗震性能、降低造价等方面具有明显的优势。由此可进一步加深工程师对此类组合结构的工作机理、特性、应用方面的认识,并供工程设计时参考。     

钢-混凝土双面组合连续梁截面刚度试验研究

钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。当采用连续组合梁时,负弯矩区会出现钢梁受压、混凝土翼板受拉的不利情况,使混凝土桥面板因承受较大拉应力而开裂,引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响结构的承载能力和耐久性。而双面组合梁(在传统的单面组合梁的内支座负弯矩区设置下翼缘钢筋混凝土板)能够很好地改善单面组合梁的这种不利受力状态。通过采用简化计算方法对双面组合梁截面刚度进行计算,与试验实测值进行了对比分析。     

钢箱-混凝土组合梁弯曲性能试验研究

基于当前钢-混凝土组合结构和钢管(方)混凝土结构在用于梁类结构方面存在纵向滑移和受拉区混凝土增加了结构自重等问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁。并通过5根钢箱-混凝土组合梁及2根空钢箱对比梁的模型试验,研究其弯曲性能。试验研究表明:钢箱-混凝土组合梁具有良好的抗弯性能和延性,符合平截面假定,极限承载力提高显著,试验中测试还表明钢箱中的混凝土与钢箱在受弯过程中纵向有明显的相互剪切作用,有利于充分发挥钢与混凝土各自力学性能。     

钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

外包钢-混凝土组合梁研究进展

外包U型钢-混凝土组合梁是一种新的组合结构形式,它吸收了其他组合梁的优点并克服了它们的缺点,具有承载力高,刚度大,施工方便,工业化生产和综合经济指标好等特点,成为一种更有应用前景的组合构件。其截面形式包括轻钢-混凝土组合梁、帽形冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁和新型外包U形钢-混凝土组合梁。     

钢-混凝土组合梁纵向抗剪的试验研究

本文结合国家某重点建设项目工程对钢一混凝土组合梁混凝土翼缘板的纵向抗剪进行了试验研究。根据8根两点对称集中加载试验架在静载作用下的试验结果，分析了组合梁纵向开裂的原因及主要影响因素，建立了组合梁纵向抗剪计算模型和计算公式，对于组合梁纵向抗剪计算和横向钢筋设计具有实用参考价值。     

考虑剪力连接件刚度的钢-混凝土组合梁有限元分析

钢 -混凝土组合梁剪力连接程度是依据截面极限状态的抗弯强度定义的 ,即使是完全抗剪连接 ,组合梁的混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。采用有限元分析 ,构造了混凝土板 -连接单元 -钢梁的组合梁有限元计算模型 ,推导了混凝土与钢梁界面有限元连接单元刚度系数 ,分析了不同剪力连接程度组合梁的受力与变形特性 ,研究了剪力连接程度对挠度和混凝土翼缘有效宽度的影响 ,并对照已有的试验数据和相关规范进行分析比较。