多腔钢管混凝土分叉柱力学性能有限元分析

为研究异形截面多腔钢管混凝土分叉柱的力学性能及设计方法,以北京某超高层建筑异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱为原型,在已进行的低周反复荷载试验基础上,对异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能进行有限元分析,研究了不同构造措施、不同钢材及混凝土强度等级等参数对钢管混凝土分叉柱抗震性能的影响.结果表明:基于本文提出的有限元建模方法,所得有限元分析结果与试验结果吻合较好;适当增加腔体数,设置肋板、角钢和钢管能够有效提高异形截面钢管混凝土分叉柱抗震性能;在等用钢量下,增加腔体数量比增加钢板厚度能更有效地提高分叉柱抗震性能;不同材料强度对异形截面钢管混凝土分叉柱抗震性能有较大影响,在进行其抗震设计时,宜选用强度等级匹配的钢材与混凝土.     

轴拉力作用下异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能试验研究

针对某超高层建筑巨型柱在罕遇地震作用下轴向受拉的情况,研究了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能,考虑水平力作用方向和分叉界面下一层构造的影响,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。试验结果表明：分叉柱的破坏大多发生在截面突变的分叉界面处,其水平力-位移角滞回曲线饱满程度一般,但无明显捏拢现象;分叉柱均出现了承载能力退化现象;分叉柱的变形和耗能主要在上柱部分,并随位移的增大,所占比例提高;较沿截面短轴方向加载,沿截面长轴方向加载时分叉柱的抗震性能明显提高;分叉界面下一层增加腔体加强的分叉柱较未加强分叉柱的承载力提高16.6%~29.7%,极限位移角增大13.1%~13.2%,位移角为1%时综合耗能提高10.0%~16.7%。     

五边形截面钢管混凝土巨型柱受压性能试验研究

为研究某超高层结构中五边形截面钢管混凝土巨型柱的受压性能,设计了6个1/5缩尺的柱模型试件,试件分为钢管内不分腔体仅配钢筋、钢管内分腔体不配钢筋、钢管内分腔体配置钢筋、钢管内分腔体配置钢筋且分腔隔板及竖向肋板在柱中部断开4种类型,对试件进行轴压和偏压试验。为研究试件刚度随加载循环次数的退化,采用单向重复荷载加载,对比研究了各试件的承载力、刚度及退化过程、破坏特征和平截面假定的适用性。试验表明：五边形截面钢管混凝土柱,钢管内不分腔体仅配钢筋的试件承载力较差;钢管内分腔体不配钢筋的试件与配钢筋的试件相比,虽承载力相差不大,但后期承载力下降较快;偏压试件与等截面轴压试件相比,承载力相对小,刚度退化速度较慢;腔体的分腔隔板及竖向肋板若在中部断开,造成刚度突变;腔体内设置竖向和水平肋板,对提高外壁钢板的稳定性有明显的作用;截面变形基本符合平截面假定。     

不同构造五边形钢管混凝土巨型柱轴压性能计算分析

基于某超高层建筑五边形钢管混凝土巨型柱,研究了不同截面构造五边形钢管混凝土巨型柱的轴压性能。进行了3个五边形钢管混凝土巨型柱试件的单向重复轴压性能试验,试件分别为设钢筋笼单腔体截面、无钢筋笼四腔体截面和设钢筋笼四腔体截面。得到了轴力-位移骨架曲线,分析了损伤破坏过程、残余变形和弹塑性耗能性能,提出了适用的极限承载力计算方法。用ABAQUS软件进行了有限元模拟,分析了截面构造参数(腔体数、有无钢筋笼)对试件受力性能的影响,计算结果与试验符合较好。研究表明:四腔体截面试件与单腔体截面试件相比,承载力和延性明显提高,残余变形较小,耗能能力较强;四腔体试件中腔体内设钢筋笼的试件与不设钢筋笼的试件相比,承载力、延性、耗能能力进一步提高,残余变形减小。四腔体设钢筋笼的五边形钢管混凝土巨型柱综合抗压性能良好,可用于超高层结构设计。     

岩土材料的剪胀方程

岩土材料的摩擦特性导致土体在剪应力作用下会发生体积的膨胀或收缩,因此建立剪胀方程是描述岩土材料力学行为的关键。基于经典弹塑性理论的框架,可以构建土的一般性剪胀方程。论文分析了Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、SMP等强度准则对应的剪胀方程。总结了剑桥模型、清华模型,以及国内外常用本构模型的剪胀方程。探讨了三轴试验条件下剪胀方程与名义切线泊松比的关系,以及可能的取值范围。结合广义位势理论,进一步给出了利用剪胀方程构造本构模型的途径。     

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种：基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明：异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。     

基于"统一理论"的异形截面 多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算

基于钢管混凝土"统一理论"成果及部分试验结果,研究钢管混凝土柱截面形状由三角形、正方形……正n边形到圆形变化时,钢管对混凝土约束效应的变化规律。通过划分混凝土有效与非有效约束区,引入形状效率的概念,对约束效应进行折减,采用统一的圆形截面计算公式进行计算,回归分析得到截面几何形状内角角度与混凝土约束区划分的关系;然后,以四边形截面为例,研究截面图形规则性与约束效应的关系,给出计算方法;最后,将异形截面多腔钢管混凝土截面按照腔体拆分为简单多边形截面,引入形状效率和规则性的影响,分别进行轴压承载力计算,叠加各腔体承载力后得到整个截面的轴压承载力。研究结果表明:正多边形截面钢管混凝土有效与非有效约束区边界二次曲线初始切线角度与正多边形内角呈线性关系;提出的基于"统一理论"的不规则异形截面多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算方法可较好的反应其约束特征,计算结果与实测结果符合较好,满足工程设计要求。     

正交各向异性材料三维热传导问题的有限元列式

针对通常复合材料热传导性能同其力学性能一样呈各向异性，从用热流密度表示的热传导微分方程入手，利用Galerkin方法建立了正交各向异性材料三维热传导问题的有限元列式．算例表明材料传热性能各向异性对温度场分布有很大的影响．     

含微孔材料的局部剪切失稳分析

利用新的含微孔材料模型对塑性材料局部剪切失稳进行了分析．该含微孔材料模型扩充了孙毅的材料模型,其屈服面由膨胀和运动平移组合而成．对轴对称单向拉伸和平面应变拉伸两种情况的局部剪切失稳分析结果表明,塑性材料局部剪切失稳对含微孔材料的屈服面曲率非常敏感．     

不同构造多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究不同构造的八边形钢管混凝土异形柱抗震性能,设计了4个1/30缩尺试件并进行低周反复荷载试验,从破坏特征、承载能力、滞回性能、刚度、延性以及耗能等方面分析其抗震性能。其中,四种截面构造包括13腔体基本构造、5腔体简化构造、角部角钢加强构造、角部圆钢管加强构造。试验结果表明：八边形异形截面钢管混凝土柱四种截面构造中,角部圆钢管加强试件抗震性能最好,角部角钢加强试件抗震性能其次,5腔体简化型试件和13腔体基本型试件承载力有较大差异,但5腔体简化型试件具有更好的延性,耗能能力差异不显著;试件屈服位移角均值为1/111,破坏时位移角均大于1/37,具有良好的延性。采用条带法计算试件承载力,计算值与试验值吻合良好。