钢管混凝土结构的发展应用

近年来，钢管混凝土结构正在广泛应用在房屋、桥梁等建筑方面。本文就钢管混凝土的发展，国内外研究的现状、水平及存在的问题作以介绍。     

钢管混凝土拱桥收缩徐变的有限元分析

采用大型通用有限元软件ANSYS计算钢管混凝土拱桥拱肋混凝土的收缩徐变量值,将计入混凝土收缩徐变前后的拱桥内力与应力值进行比较,分析混凝土收缩徐变对结构变形的影响,得出了钢管混凝土拱桥收缩徐变的规律:混凝土的收缩徐变使钢与混凝土之间的内力与应力发生了明显改变,引起钢管应力增加,混凝土应力减小.     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥收缩徐变分析

在采用大型通用有限元程序对钢管混凝土拱桥建立空间模型，准确地模拟桥梁的施工加载过程，计算其拱肋混凝土的收缩徐变量值，对钢管拱肋截面的应力重分布现象的研究过程中。发现混凝土收缩徐变对钢管混凝土拱桥结构体系的全截面轴力基本上无影响，但对结构的全截面弯矩有较大的影响。由于混凝土收缩徐变产生的截面应力重分布使钢与混凝土之间的内力与应力发生了明显改变，引起钢管应力增加，混凝土应力减小，拱顶截面混凝土承受的弯矩显著增加。这一现象应引起工程界的足够重视。     

混凝土材料细观结构断裂数值模拟

在细观层次上，应用蒙特卡洛法，在二维平面上建立了混凝土多边形骨料随机分布结构模型。对该模型采用有限元方法，根据最大周向正应力准则，以混凝土三点弯曲梁试件为例，进行了开裂过程的模拟，得出了裂纹在基质、骨料及界面中的扩展路径。仿真分析表明，混凝土试件的承栽能力随着组成骨料粒径的不同而变化，中对此进行了讨论。     

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.     

钢管约束的钢管混凝土轴压短柱长期变形性能

为分析钢管约束的钢管混凝土柱在长期荷载作用下的变形性能,进行了16个钢管约束的钢管混凝土短柱和2个钢管混凝土短柱的长期持荷试验,持荷时间为350 d。主要研究参数核心混凝土应力比为0.35、0.50和0.65,双层钢管总含钢率为5.8%、10.5%和15.0%,内层钢管与外层钢管含钢率比值为0.30、1.25和2.23。基于素混凝土的长期变形理论计算模型,通过分析施加纵向长期荷载时构件的受力机理,推导出适用于钢管约束的钢管混凝土轴压短柱长期变形的理论计算方法。试验结果表明：长期变形随核心混凝土应力比的提高而增大,随总含钢率、内层与外层钢管含钢率比值的增大而减小。理论计算曲线与试验数据曲线的对比和分析表明：长期变形随相对湿度的减小而增大,采用不同混凝土收缩徐变模型时,相对湿度的影响程度不同,其中CEB-FIP 2010模型的吻合效果最好。建议采用CEB-FIP 2010模型并取相对湿度为100%来计算钢管约束的钢管混凝土柱的长期变形。     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥收缩徐变分析

的截面各组成部分 ,存在内力重分布的现象 ,即构件后浇部分混凝土的重量先作为一种荷载作用在已建成构件上 ,然后再与预制或现浇部分形成组合截面 ,钢管混凝土构件就是这样的一种典型构件 [2 ] 。为了反映实际桥梁结构的施工过程 ,必须采用一种能够真实描述结构及构件截面形成过程的计算方法 ,以确保整个桥梁结构在施工过程及运营阶段的安全可靠。在结构分析中 ,把由不同时间或不同材料形成的构件截面各部分描述成不同的层 ,构件的截面几何特性根据实际情况采用以下方法处理 [3 ] :抗压刚度 :EA =∑ni=1Ei Ai ,(1)组合截面形心位置 :y =∑…     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

钢管膨胀混凝土的徐变

本文分析了已有的普通混凝土及普通钢管混凝土的徐变结果．进行了部分钢管膨胀混凝土徐变试验，得到了钢管膨胀混凝土的徐变特征，并给出一些有益的结论．     

钢管混凝土结构施工力学问题研究初探

钢管混凝土结构的空钢管在施工过程中作为模板使用,因此要承受相应的施工荷载,在形成钢管混凝土结构之前,空钢管中具有一定的初应力;在浇筑混凝土时,同时要承受湿混凝土水平方向的静水压力.根据其施工特点,本文探讨了钢管混凝土结构两阶段设计的思想和方法,以及施工阶段力学分析等方面的一些问题,并用有限单元法进行了钢管混凝土结构施工阶段的力学性能分析.     

钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟

为了研究钢管混凝土柱-钢梁环板节点的抗剪性能,采用ABAQUS软件对节点进行了数值模拟.通过对大量的典型算例进行数值模拟,验证模型的合理性.在此基础上,依据规范所规定的节点设计的一般原则,建立钢管混凝土柱-钢梁环板节点的有限元典型试件模型,并对该模型进行单调加载下的全过程分析.依据所得到的有限元数值模拟结果,分析节点宏观的破坏形态以及微观的剪力-剪切变形关系,以此来明晰节点的受剪机理,从而为抗剪设计提供一定的依据.     

钢管混凝土框架-核心简体系中刚臂工作性能的研究

在框架-核心筒体系中设置刚臂以提高结构的抗侧刚度是结构工程师经常采用的一种做法。对其作用效果，人们多采用简化的平面模型进行分析。但实际工程表明，这种简化模型对分析钢臂的作用效果存在很大误差。通过对这一实际工程用空间模型进行各种参数下的计算，对如何设计刚臂提出了一些建议，可供结构工程师参考。     

钢管混凝土柱框架结构模型地震反应试验研究

基于现行结构设计规范,设计制作了一榀1/10比例的单跨、两开间八层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型,对其进行了模拟地震振动台试验.研究了模型结构在地震作用下加速度、位移和应变反应.试验结果表明,根据现行规范所设计的钢管混凝土柱框架能满足地震区的抗震设防要求,具有较好的抗震性能.     

基于振动特性判别钢管混凝土两种材料间的脱粘规律

通过钢管混凝土推出试验,分析比较推出过程中各阶段钢管混凝土非线性振动特性的差异,研究影响钢管混凝土非线性特性的因素。利用解析模式分解提取钢管混凝土振动信号的第一阶振动分量,通过Hilbert变换得到频率振幅关系,分析钢管混凝土的非线性振动特性。3根钢管混凝土构件试验结果表明,构件非线性在整个加载过程中呈现出先增大后减小的变化趋势,钢管混凝土非线性振动特性受其界面作用影响。在未发生加载脱粘的情况下,混凝土浇筑质量不良将削弱其界面的胶结作用,从而降低非线性特性。     

基于ANSYS/LS-DYNA的高楼灭火弹侵彻玻璃数值仿真

利用单兵发射火箭弹改进的灭火弹作为传统灭火途径的有利补充,发射后顺利进入火场的可靠性需要进行验证.通过弹丸对玻璃靶板碰撞过程的模拟讨论高楼灭火弹进入火场的可行性.利用ANSYS/LSDYNA软件在侵彻靶板过程中对弹体的应力变化和玻璃撕裂情况进行仿真分析.仿真结果表明:所设计的弹丸能够有效击穿高层建筑专用玻璃,可靠进入火场,弹体强度满足侵彻要求.仿真结果可为高楼灭火弹的进一步研究提供了参考依据.     

钢管混凝土构件受力性能数值研究

分别以钢管混凝土三维有限元法和纤维单元法的应力-应变关系推导出了适于梁单元的应力-应变关系。以这两种方法得到钢管混凝土应力-应变关系,应用于梁单元法进行数值计算,分别对工程中最常出现的钢管混凝土轴压构件及偏压构件进行了计算,并将计算结果与已有的试验结果进行了比较。结果表明:以纤维单元法得到梁单元应力-应变关系在进行钢管混凝土构件数值分析时能取得理想的结果;以三维有限元法得到梁单元应力-应变关系,应用于方截面钢管混凝土构件时计算结果理想,而应用于圆截面钢管混凝土构件时与实验结果相比偏差较大。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。     

高层钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构破坏过程的数值模拟

利用ABAQUS通用有限元程序对钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的破坏过程进行了数值模拟。研究结果表明：该类结构在弹性阶段,芯筒承担绝大部分的水平力,一旦芯筒开裂,钢框架开始承担大部分水平力,且随着地震作用的加强,承担比例不断加大,钢框架起到了抗震第2道防线的作用;芯筒在地震往复作用下首先在底部开裂;随着损伤的不断积累,底层几乎全部开裂,中部沿楼板四周也开裂;框架在中震与大震作用下均处于弹性阶段;在特大震作用下,先底柱后中部梁出现塑性绞;楼板在地震作用下产生了较大变形,在与芯筒和钢框架梁相连部位均产生了大量裂缝;该类结构在地震作用下是双重抗震体系。     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.