圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能研究

为了研究大空心率的圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的受力性能,对已有的试验数据进行数值模拟,采用经验证的建模方法建立了圆锥形中空夹层钢管混凝土纯弯构件力学模型.分析了典型构件受力全过程的弯矩-挠度关系曲线、荷载分配、破坏模态等力学行为;并研究了锥度、空心率和剪跨比对构件变形曲线的影响,同时分析了空心率、锥度、外钢管径厚比、内外钢管强度和混凝土强度等参数对构件承载力的影响;最后建议了该类构件抗弯承载力的计算方法.结果表明:该类构件具有良好的抗弯承载力及塑性性能,构件的弯矩-挠度关系曲线可分成弹性、弹塑性、塑性三个阶段;随着锥度的增大,构件破坏位置逐渐向最小截面靠近;空心率对构件的变形曲线影响不大;锥度、空心率、外钢管强度、内钢管强度对构件承载力的影响较为显著,而混凝土强度对其影响较小;建议的抗弯承载力计算方法与数值模拟结果吻合较好.     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

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。     

中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

选用考虑再生粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数和热-力本构关系,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱有限元模型。基于此模型,对比了不同再生粗骨料取代率下截面温度场分布,并分析了取代率、荷载比、空心率、钢材强度、内钢管厚度和混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响。研究结果表明:随着取代率增大,构件截面温度普遍下降,耐火极限先减小后增大;随着空心率増大,耐火极限増加;提高外钢管屈服强度,构件耐火极限下降显著;内钢管屈服强度、内钢管厚度和混凝土强度对构件的耐火极限没有明显影响。     

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力; 考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%; 在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载; 钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小; 随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小; 随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。     

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。     

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。     

碳纤维增强方钢管混凝土压弯构件的静力性能(Ⅱ)——机理分析与承载力

应用ABAQUS软件对碳纤维增强方钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)压弯构件的工作机理进行分析,分析结果表明:随着荷载的增加,S-CF-CFRP-ST压弯构件从全截面受压到部分截面受拉;钢管在柱中截面首先屈服,然后向端板发展;横向受拉的CFRP对试件起到了很好的约束作用。钢管与核心混凝土的相互作用力沿纵向在试件中截面最大,向两端部逐渐减小;沿截面边长在转角处最大,向中点逐渐减小。黏结强度对试件弹性阶段的刚度、承载力及钢管与混凝土之间的相互作用力影响不大。不同加载路径对试件静力性能的影响也不显著。提出了S-CF-CFRP-ST压弯构件的承载力相关方程,计算结果与试验结果吻合良好。     

Experimental and theoretical research on bond behavior of concrete filled steel tube with inner steel tube

为了研究内配钢管的钢管混凝土黏结强度,对12个内配钢管的钢管混凝土试件进行了拉拔试验和16个内配钢管的钢管混凝土试件进行了推出试验,大部分拉拔试件和推出试件表现为内管与混凝土之间黏结破坏,只有少数试件因为加工误差导致外管与混凝土之间黏结破坏。通过试验得到了各试件的黏结滑移相关数据,绘制出各试件的荷载-滑移曲线,曲线总体表现出先上升后下降的特点。试验结果表明,钢管拉拔时的黏结强度比钢管推出时小,拉拔内钢管时的平均黏结强度为0.63MPa,推出内钢管时的平均黏结强度则为0.76MPa;钢管径厚比对黏结强度影响最显著,对钢管径厚比与黏结强度关系进行拟合,得到钢管径厚比与黏结强度拟合公式,并与试验值、规范值对比,拟合值与试验值的比值在0.833~1.262之间,规范值与试验值比值在1.045~1.258之间,三者较为吻合。     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

中空夹层钢管混凝土短柱的性能分析

对外管为方形中空截面或者圆形中空截面,内管为圆形中空截面的夹层钢管混凝土短柱的抗压性能进行了有限元分析。通过与一系列由不同研究者进行的试验数据进行对比,以证实有限元建模的有效性。归纳了平均应力与纵向应变的典型曲线、混凝土应力曲线、混凝土和钢管的交互曲线以及空心率对CFDST短柱性能的影响。对影响复合柱截面性能的重要参数也进行了分析。     

Investigation on square concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing force: Experiments

Experimental studies on the behaviour of concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing forces are presented in this paper. Sixteen specimens were prepared and tested with the included angle between bearing member (BM) and compression member of 45° and 90°, whilst both the inner and outer steel tubes of the CFDST specimens are square hollow sections (SHS). The main parameters in the tests were: 1) outside width ratio between BM and compression member: from 0.4 to 0.6; 2) hollow ratio of CFDST: from 0 to 0.6; 3) wall thickness of outer steel tube: 3.05 mm and 3.95 mm; and 4) cross-section of BM: solid and hollow. The failure pattern, load versus deformation curve, bearing capacity and corresponding deformation at bearing capacity of the tested specimens are presented and analyzed. The experimental results show that, while subjected to local bearing forces, CFDST specimens have a high bearing capacity and a good deformation-resistant ability. The calculated bearing capacities of CFDST under local bearing forces using the proposed formulae in the paper are evaluated by comparison with the experimental results.     

Analytical behaviour of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

This paper reports a finite element analysis of the compressive behaviour of CFDST stub columns with SHS (square hollow section) or CHS (circular hollow section) outer tube and CHS inner tube. A set of test data reported by different researchers were used to verify the FE modelling. Typical curves of average stress versus longitudinal strain, stress distributions of concrete, interaction of concrete and steel tubes, as well as effects of hollow ratio on the behaviour of CFDST stub columns, were presented. The influences of important parameters that determine sectional capacities of the composite columns were investigated.     

锥形中空钢管混凝土(CFDST)短柱的性能

目前,虽然锥形中空钢管混凝土(CFDST)柱被用于中国的输电塔中,但是关于这类输电塔中构件性能的信息仍很缺乏。因此,本文对锥形CFDST短柱的轴压性能进行研究。研究的参数包括锥角和截面尺寸。通过建立有限元模型分析锥形构件的性能。结果表明,钢管和夹层混凝土不受锥角影响,能够很好地协同工作。锥形CFDST短柱的失效模式与直线型的类似,失效出现在最小截面附近。通过应力分析讨论锥形构件的约束效应。最后,给出用于计算锥形CFDST短柱极限强度的建议公式。     

Behaviour of tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

Recently, tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have been applied in electricity transmission towers in China. However, there is still lack of information on the behaviour of such kind of members. This paper thus carried out the investigation on axially loaded tapered CFDST stub columns. The parameters included the tapered angle and the sectional profile. A finite element analysis (FEA) model was developed to predict the behaviour of the tapered member as well. The results showed that the steel tubes and the sandwiched concrete could work together well despite the tapered angle. The failure mode of the tapered CFDST stub column was similar to that of the straight one, and the failure occurred near the smallest section. The confinement effect of the tapered member was discussed by using the stress analysis. Finally, formulas were suggested for the calculation on the ultimate strength of the tapered CFDST stub column.     

圆中空夹层钢管混凝土柱轴压工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS建模,并对圆中空夹层钢管混凝土轴心受压时的荷载-变形全过程关系曲线进行计算,计算结果与试验结果符合良好。同时,对轴压时荷载-变形全过程中内外钢管和混凝土所承担的荷载及其相互作用力进行分析,并对空心率、名义含钢率和材料强度等因素对相互作用力的影响进行分析。     

初始荷载下中空钢管混凝土柱轴向强度

与传统的钢管混凝土柱相比,中空钢管混凝土(CFDST)柱具有很多优点,诸如自重轻和良好的循环性能。CFDST柱可能被用于桥梁,高层建筑,高架桥和输电塔结构中。内外钢管将承担来自上部结构和浇筑的湿混凝土的初始荷载。由这些初始荷载造成的钢管初应力和变形会影响CFDST构件的性能。因此,对外钢管单独承担初始荷载和内外钢管同时承担初始荷载时,CFDST柱的轴力性能进行讨论。建立通用的有限元模型预测钢管负荷时CFDST柱的性能。通过承担初始荷载和不承担初始荷载的CFDST柱的试验结果对该有限元模型进行验证。讨论初始荷载水平、长细比、空心率和材料强度对轴向强度的影响。最后,给出初始荷载下的CFDST柱的极限强度计算公式。     

不锈钢管中管混凝土海洋平台导管腿轴压性能试验研究

不锈钢具有良好的耐腐性与变形能力,为研究海洋平台新型不锈钢导管腿轴压性能,通过12根不锈钢管中管混凝土柱的轴压力学性能试验,分析了空心率、混凝土强度、外钢管径厚比和材质对不锈钢管中管混凝土短柱轴压破坏模式、承载力等力学性能的影响。研究结果表明：不锈钢管中管混凝土短柱呈腰鼓型破坏,其塑性变形与屈服后应化强度比普通钢试件显著,但初始刚度比普通钢试件小;空心率和径厚比越小,试件承载力越大,空心率由0增加到0.61,试件承载力下降21%;径厚比由34减小到14,试件承载力提高63%;混凝土强度越高,试件承载力越大,混凝土由43.82MPa提高到59.37MPa,试件承载力提高11%。有限元模拟所得荷载-位移关系曲线、破坏形态和承载力均与试验结果吻合较好。