大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞性能研究

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞击性能有其自身特点,利用有限元软件ABAQUS建立考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件的侧向撞击模型,对比了不同初始几何缺陷组合下空心率范围为0.2～0.9构件的抗撞击性能;在此基础上讨论了初始几何缺陷对空心率为0.8构件撞击响应的影响,并对影响大空心率构件撞击响应的主要参数进行分析;最后基于参数分析结果和静态荷载作用下的荷载-局部压痕关系,给出大空心率中空夹层钢管混凝土构件在侧向撞击荷载作用下撞击力-局部变形简化预测公式。结果表明：与无几何缺陷构件相比,考虑初始几何缺陷时构件的撞击力平台值降低,局部变形增大,当空心率达到0.8时,几何缺陷的不利影响最显著,构件的撞击力平台值下降10.6%,跨中局部变形增大20.4%。提高名义含钢率和减小内钢管径厚比可有效减小初始几何缺陷对该类构件抗撞击性能的不利影响,而改变材料强度对该类构件抗撞性能影响相对较小。给出的简化计算公式可以较好地预测有无初始几何缺陷的大空心率构件在侧向撞击荷载下的撞击力-局部变形曲线。     

方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件#br# 横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明：中空率为069的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明:中空率为0.69的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

侧向撞击作用下空心钢筋混凝土柱动力响应的参数分析

空心钢筋混凝土柱截面更扩展、自重较轻,常被用作高架桥墩、巨型框架柱等对稳定性要求较高的结构中.此类构件一旦遭受侧向撞击,更加容易发生破坏.采用有限元分析方法,对内配钢筋与内配钢管两种内壁形式的圆截面空心混凝土柱在侧向撞击力作用下的破坏模式和动力响应全过程等进行了分析,并开展了界面性能和空心率对其耐撞性能的影响分析.研究...     

框架结构在撞击荷载作用下的动力响应分析

以某工程局部9层框架为研究对象,利用有限元软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架、钢筋混凝土框架以及钢框架三种框架结构的过程,获得了三种框架结构钢材应力云图、混凝土损伤云图、撞击力时程曲线及结构变形等动力响应。分析了三种框架结构在撞击荷载作用下的破坏模式,分析结果表明:受到撞击荷载作用后,钢管混凝土柱-钢梁混合框架的动力响应具有局部性,而钢筋混凝土框架整体遭到严重破坏,结构发生连续性倒塌;钢管混凝土柱-钢梁混合框架的抗撞击性能远优于钢筋混凝土框架。并根据研究结果,提出框架结构的变形限值条件以及撞击力代表值的计算公式,用以评价、比较框架结构的抗撞击性能,给出了在实际工程中提高框架结构抗撞击性能的设计建议。     

内置十字型钢方钢管混凝土短柱压扭性能研究

为研究内配十字型钢钢管混凝土柱在压扭作用下的受力性能，基于相关试验验证了有限元模型可靠性，并对比了不同加载路径时内配十字型钢方钢管混凝土柱的N/N_u-T/T_u相关曲线。重点对相同截面尺寸的钢管混凝土和内配型钢钢管混凝土在保持总含钢率相同和钢管壁厚相同的情况下分别进行受扭对比分析，随后对先压后扭作用时不同影响参数进行分析。结果表明先压后扭和先扭后压作用时内配型钢钢管混凝土的N/N_u-T/T_u相关曲线基本一致；保持构件截面尺寸和总含钢率相同时，钢管混凝土的抗扭性能优于内配型钢钢管混凝土，而保持构件截面尺寸和钢管壁厚相同时，内配型钢钢管混凝土的抗扭性能更好；各材料强度和型钢截面尺寸对压扭作用时的N/N_u-T/T_u相关曲线影响不显著，N/N_u-T/T_u相关曲线仅受轴压比的影响。基于参数分析建议了压扭作用时内配十字型钢方钢管混凝土构件承载力计算方程。     

受火后型钢混凝土框架结构抗震性能研究

为了给受火后型钢混凝土框架结构的性能评估及修复加固提供方法,进行了火灾后型钢混凝土框架结构的抗震性能研究。在ABAQUS平台上,采用梁单元,同时通过编制材料子程序和场变量子程序,建立了可进行型钢混凝土框架结构火灾升降温作用下的力学性能及受火后抗震性能分析的计算模型。利用该计算模型对火灾升降温作用下型钢混凝土框架结构的变形及内力进行了分析。同时,考虑起火层位置、受火时间等参数的影响,采用考虑升降温的火灾后静力非线性分析方法和动力弹塑性时程分析方法,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、地震作用后结构承载能力、变形特征等抗震性能进行了参数分析。分析表明,火灾升降温过程中,由于结构升温的滞后性,构件的变形增长及恢复也滞后于火灾空气升降温过程,受火后构件有残余变形;针对火灾发生在某一层的火灾工况,受火后框架承受水平地震(静力)作用时,框架破坏机构出现在底部3~5层;当受火层位于底层时,受火后框架的水平地震作用后结构承载能力降低幅度最大,受火时间为180、300 min时降幅分别为8%、9%;受火层位置越低,框架顶部位移越大;随受火时间增加,框架顶部位移增大。     

火灾后型钢混凝土梁受力性能试验研究

进行7个火灾后型钢混凝土梁力学性能试验,考察剪跨比、受火时间对构件破坏形态、截面应变分布、变形性能、剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土梁在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,但是经历火灾高温作用后,型钢混凝土梁出现腹剪斜裂缝的时间提前。火灾作用后发生弯曲破坏的梁,加载初期沿截面高度的应变满足直线分布,应变分布符合平截面假定;大约80%极限荷载后,受到受压区混凝土开裂和型钢受压翼缘与混凝土之间相对滑移的影响,截面受压边缘混凝土的应变增长减缓,截面应变分布偏离直线,平截面假定不完全成立。火灾后型钢混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线在试件屈服后都有一段不小的水平段,表明型钢混凝土梁在经历火灾作用后仍具有良好的后期变形能力;同时随着剪跨比的增大,后期变形能力增强。型钢混凝土梁经历火灾高温以后,其承载能力均有不同程度降低,试验结果和我国JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》计算结果的对比表明,在本次试验中,梁斜截面抗剪承载力的降低程度在10%～21%之间,正截面抗弯承载力降低程度在16%～19%之间。     

Theoretical and experimental research on flexural behavior of concrete-filled steel tubes with inner stiffening

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.9199,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

外钢管对钢管混凝土柱抗撞击性能影响的有限元分析

利用ANSYS和ABAQUS两种有限元软件建立了钢管混凝土柱在侧向撞击下力学性能的有限元分析模型,模型得到的计算结果均与已有试验结果的吻合度较高。采用建立的有限元计算模型进行了钢管强度对钢管混凝土在侧向撞击力作用下冲击力时程和侧向位移的影响分析,探明了钢管强度对构件抗撞击性能的影响规律。     

内配加劲件钢管混凝土构件受弯性能理论与试验研究

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.919 9,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

钢筋混凝土连续梁火灾下抗剪性能的试验研究

对8根足尺钢筋混凝土两跨连续梁和4根足尺钢筋混凝土简支梁进行了标准火灾试验,研究了钢筋混凝土连续梁高温下的抗剪性能,并与简支梁进行了对比,得到了连续梁混凝土及钢筋的温度变化、竖向挠度、轴向变形及最终破坏形态,分析了不同荷载比、剪跨比、混凝土保护层厚度、配箍率及受火工况对连续梁耐火极限的影响。结果表明:火灾下荷载比和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土连续梁的抗剪性能影响显著。随着剪跨比和箍筋间距的减小,连续梁发生受剪破坏的耐火极限显著提高。与单跨受火工况相比,两跨同时受火的连续梁耐火极限降低。高温下连续梁由于发生了内力重分布,其抗剪性能优于简支梁。     

内配型钢方钢管混凝土构件压弯剪性能研究

为研究内配型钢方钢管混凝土构件压弯剪复合受力工作机理,完成10个内配型钢方钢管混凝土试件的压弯剪试验研究,考虑剪跨比、轴压比和型钢截面形式对构件承载力和破坏模式的影响。运用有限元对试验结果进行模拟,针对典型算例进行受力机理分析,并对影响水平承载力的不同因素进行参数分析和评估。结果表明：内配型钢方钢管混凝土压弯剪试件表现出良好的延性行为,钢管在受压侧产生明显的鼓曲变形,型钢与内部混凝土发挥着共同作用;弱轴加载试件的水平承载力比强轴加载试件平均降低13%,设置加劲肋后构件的水平承载力平均提高21%;整个加载过程中轴向荷载发生重分布,混凝土承担的水平荷载和轴向荷载最多;型钢与混凝土的相互作用力分布不均匀,受压区型钢翼缘与混凝土的相互作用更强。保持轴压比不变,当剪跨比小于0.8时,构件的水平承载力随着剪跨比的减小大幅提高;当轴压比不超过0.4时,轴力的存在可以提高构件的水平承载力。     

十字形型钢混凝土柱火灾后抗震性能试验研究

为对火灾后十字形型钢混凝土柱进行抗震性能的研究,以剪跨比和配箍率为设计影响因素,对4根十字形型钢混凝土柱进行低周反复荷载试验。并对十字柱的荷载位移滞回曲线、骨架曲线及耗能能力等力学性能进行研究总结。试验表明:(1)十字形型钢混凝土柱剪跨比在一定范围内提高,构件破坏形态由剪切破坏转变为弯曲破坏,其极限承载力与耗能能力降低,构件延性变好,同时刚度随着剪跨比的增加退化曲线变得平缓。(2)配箍率的变化对十字形型钢混凝土柱最终破坏形态没有明显的影响,延性系数随构件的配箍率增加而减小,同时在试件屈服前,配箍率越大其耗能值越小,试件屈服后配箍率对试件的耗能值影响变化不大。     

四边简支现浇混凝土空心楼盖二次抗火性能试验研究

为探究火灾后采用聚合物砂浆加固修复混凝土空心楼盖二次火灾下的抗火性能,对四边简支混凝土组合塑料模盒空心楼盖进行两次火灾试验。介绍了试验空心楼盖第一次受火试验及火灾后构件修复情况,重点介绍了加固修复后空心楼盖第二次火灾试验,描述了试验空心楼盖在两次受火下的破坏特征、变形和温度场分布规律,并进行分析和对比。研究结果表明:采用聚合物砂浆修复的空心楼盖在二次火灾作用下,第一次火灾受损较为严重的部位易产生爆裂脱落,从而降低了耐火极限;二次受火下楼盖内混凝土的温度峰值高于一次受火,且距离板底越近,两次火灾作用中温度峰值差值越大;试件在两次火灾作用下跨中处最大竖向位移基本相同,第二次受火作用后的残余位移小于第一次;采用聚合物砂浆对火灾后的空心楼盖进行修复,修复后的楼盖仍具有一定的抗火性能。     

三面受火的矩形钢管混凝土柱受力机理与耐火极限

受火边界作为研究结构构件抗火性能的基本前提条件之一,对结构构件抗火性能有着显著影响。已有钢管混凝土柱相关研究多假设其四面均匀受火,则针对实际结构中可能出现的三面受火这一情况,对矩形钢管混凝土柱进行抗火性能理论研究。分析了三面受火的矩形钢管混凝土柱温度场和耐火极限,以及高温全过程的构件受力机理,且与四面受火的矩形钢管混凝土柱进行了对比分析。研究表明:三面受火时构件截面的整体温度比四面受火时有显著降低,且三面受火时耐火极限高于四面受火;三面受火构件在高温全过程中轴向变形趋势与四面受火类似,而侧向变形可能会发生反转。     

型钢混凝土框架柱受剪性能分析

通过对型钢混凝土柱中型钢和混凝土共同工作情况下柱受剪机理的分析,提出了型钢混凝土柱的受剪计算公式并指出了型钢混凝土柱受剪破坏与混凝土柱受剪破坏的不同之处;分析了对型钢混凝土抗剪性能有所影响的配箍率、剪跨比等因素.     

火灾后钢骨-方钢管混凝土短柱的轴压力学性能研究

通过对3根钢骨-方钢管高强混凝土柱按ISO834标准曲线升温作用后进行轴压承载力试验,探究均匀受火后以及不均匀受火后钢骨-方钢管混凝土柱的轴压力学性能。试验结果表明:相同条件下内置钢骨的方钢管混凝土柱承载力损伤程度要小于钢管混凝土柱;与钢骨-方钢管混凝土柱在均匀受火后相比,不均匀受火后试件的承载力损失程度较轻。同时在确定高温作用后钢材以及混凝土应力-应变关系的基础上,利用数值方法得出火灾作用后轴压构件轴压-应变关系曲线,试验结果验证了理论分析结果的正确性。并利用理论模型分析配骨指标、套箍指标等因素对构件火灾后钢骨-方钢管混凝土柱轴压承载力的影响,分析结果表明受火时间、截面边长以及配骨指标都对火灾后构件轴压承载力的影响较大。     

预应力CFRP筋SRC偏拉构件挠度试验研究

预应力CFRP筋SRC(型钢混凝土)构件是将CFRP筋作为预应力筋穿入型钢混凝土中形成的新型结构构件。将预应力张拉水平、偏心距、配钢量作为试验参数,对8根预应力CFRP筋型钢混凝土构件进行竖向拉伸试验研究,通过观测构件变形情况分析其最终破坏形态以及加载到屈服阶段时的挠度特性。结果表明：偏心距与预应力张拉水平是影响试件挠度特征的重要影响因素,而改变含钢率对试件屈服阶段的挠度特性影响不为明显。同时,对各试件最大挠度进行分析。利用结构力学中的刚度解析法与欧拉经典挠曲理论推导出预应力CFRP筋型钢混凝土构件在屈服荷载条件下最大挠度计算式,并将计算值与试验值进行比较,结果表明两者吻合较好。     

型钢混凝土T形截面构件抗震性能试验研究

通过15个型钢混凝土T形截面构件的低周反复荷载试验,研究了型钢混凝土异形柱和型钢混凝土短肢剪力墙的抗震破损机理及其性能差异,分析了配钢形式、加载方向、剪跨比、肢截面高厚比、轴压比和配箍率等参数对其抗震性能的影响,基于经典四叶状花瓣理论,提出了型钢混凝土T形截面构件双向受剪承载力预测模型。研究结果表明:剪跨比小或配空腹型钢的构件易出现剪切型破坏,而剪跨比大或配实腹式钢构件易出现弯曲型破坏,型钢外围无钢筋笼骨架的易出现黏结破坏;配实腹式钢的T形截面柱在承载能力、刚度退化、位移延性、层间位移角以及耗能能力上均优于配空腹式钢的T形截面柱,沿45°方向加载有利于两柱肢材料力学性能的发挥;肢截面高厚比的增加有利于提高构件的承载力,但降低其位移延性和耗能能力;轴压比在提高型钢混凝土T形截面构件受剪承载力的同时降低了变形能力,而增加配箍率可同时增加型钢混凝土T形截面构件的受剪承载力和变形性能。