斜向蜂窝加劲肋T形钢管混凝土柱地震作用下的有限元分析

提出一种斜向蜂窝加劲肋T形钢管混凝土柱,通过改变蜂窝加劲肋截面布置方式、加载方向、钢材强度和混凝土强度,研究变量对于试件抗震性能的影响.运用有限元软件,进行不同变量下的抗震性能研究,并与试验进行对比.得出结论:斜向蜂窝加劲肋T形钢管混凝土柱在初始循环阶段,应力由混凝土承担,刚度退化明显;荷载持续循环,试件进入塑性变形,...     

大宽厚比矩形钢管混凝土柱纵向加劲肋构造研究现状

超大截面矩形钢管混凝土柱具有较高的极限承载力。现行相关规范对管壁宽厚比的要求在保证管壁局部屈曲性能的同时,限制了对构件含钢率的进一步优化。在钢管壁内侧设置纵向加劲肋,可有效提高其局部屈曲性能,降低构件的用钢量,充分发挥高强钢的性能。对国内外有关管壁局部屈曲的产生机理和宽厚比限值等方面的研究成果进行了归纳总结,对国内外有关纵向加劲肋对大宽厚比钢管混凝土柱静力承载性能和抗震性能影响、加劲肋和子板件构造要求等方面的试验和理论研究进行了比较分析。基于上述工作,提出了以控制管壁局部屈曲为目标的纵向加劲肋构造设置原则及其作用机理,以及设加劲肋的大宽厚比钢管混凝土柱承载力计算等需要深入研究的方向。     

带肋T形钢管混凝土短柱力学性能研究

对5个不同加肋方式和2个无肋的T形钢管混凝土轴压短柱试件进行了试验研究,考察了加肋形式对T形钢管混凝土短柱力学性能的影响。试验结果表明:设置加劲肋提高了T形钢管混凝土轴压刚度和轴压承载力;考虑施工难度、材料成本、承载力提高等因素,试件TR-2的加肋形式最优。采用有限元软件ABAQUS对试件的荷载-变形全过程曲线进行了计算,同时对钢管壁应力、钢管与核心混凝土之间相互作用力进行对比分析。结果表明:总体上计算结果与试验结果吻合较好,T形钢管混凝土设置加劲肋能有效延缓钢管壁向外的局部鼓曲,改善钢管壁的稳定性,所有试件在钢管角部的截面约束效应明显,而全贯通加肋试件在加肋处的截面约束效应也比较明显。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

带加劲肋方钢管混凝土柱的静力特性

方钢管内填混凝土柱(CFSTs)在现代建筑中的使用越来越广泛,与钢柱和混凝土柱相比,其材料性能和功效均有所提高。然而,尽管方钢管混凝土柱的屈曲特性优于中空钢管,由于局部屈曲,其外包钢管截面的高厚比仍受到限制。针对外包钢管带加劲肋的方钢管混凝土柱,提出了一些新的加劲肋形式。为评估这些加劲肋对方钢管混凝土柱力学性能的影响,并与传统加劲肋进行比较,该文对4个带不同加劲肋的方钢管混凝土柱和1个无加劲肋方钢管混凝土柱进行了试验。试验研究了材料的抗力、延性和失效模式等力学性能,为了对试样的综合性能进行预测和总结,也从理论上对这些力学性能进行了研究。为了解各参数对力学性能的影响,该文进行了数值模拟和大量的参数研究,相关学者的试验数据验证了数值分析结果的准确性。基于试验结果和以往的研究,提出了截面强度的设计建议。     

设平板加劲肋矩形钢管混凝土柱屈曲性能分析与设置原则研究

文中根据能量变分原理,采用瑞利-里兹法对设肋钢管混凝土钢管板件的局部屈曲性能进行研究,推导出设肋板件（刚性基层）屈曲系数,并在此基础上推导得到平板加劲肋的最小刚度要求。然后,对影响加劲肋最小截面刚度的因素进行分析,分析结果表明,加劲肋最小截面刚度和加劲肋面积与钢管壁板件面积的比值、管壁宽厚比、钢材屈服强度、钢管壁抗弯刚度有关;随着钢管壁宽厚比的增大,所需加劲肋最小抗弯刚度增大;随着加劲肋设置道数的增加,所需加劲肋最小抗弯刚度减小。最后,建立大量经试验验证了的ABAQUS有限元模型进行参数分析,数值计算参数分析结果较好地验证了文中所推导解析解的正确性。数值计算结果表明,当加劲肋的设置满足本文提出的最小刚度要求时,大宽厚比的钢管板件能够达到全截面有效,可按照我国相关规范进行承载力设计。     

设纵向加劲肋后矩形钢管混凝土柱屈曲机制分析及构造建议

针对搜集的38根设肋试件的轴压试验结果,采用ABAQUS进行了有限元计算。计算结果表明,轴压承载力与试验轴压承载力误差在7%以内,破坏模式与试验破坏模式吻合较好。根据相关试验数据,对加劲肋的工作机理及受力状态进行了分析。分析结果表明,平板加劲肋截面抗弯刚度对试件承载力有明显的影响,应选取合适加劲肋抗弯刚度及截面尺寸,才能既使组合构件的承载性能得到有效发挥,同时用钢量得到合理优化;钢管屈曲模式受加劲肋刚度的影响较大,随着加劲肋刚度的增大,钢管板件逐渐由在板件横向的一个半波转变为两个半波;当加劲肋刚度达到临界刚度后,加劲肋截面面积不再影响钢管屈曲模式,但试件的轴压承载力随加劲肋面积的增大而增大。     

设平板加劲肋矩形钢管混凝土柱静载下ABAQUS本构模型的研究

对设平板加劲肋钢管混凝土柱静载下ABAQUS本构模型进行研究.首先对收集的设平板加劲肋钢管混凝土短柱轴压试验进行介绍;从混凝土本构模型、钢材本构模型、钢-混凝土界面黏结模型以及初始缺陷、残余应力的引入等方面入手进行分析;对比分析了 Schneider模型、Saenz模型、韩林海模型及陶忠模型四种核心混凝土受压本构关系,...     

加劲肋在大宽厚比方钢管混凝土柱中的应用

当方钢管混凝土柱宽厚比较大时,需要考虑管壁局部屈曲导致的截面部分失效。沿管壁纵向布置加劲肋有助于解决此问题。通过对带加劲肋钢板的屈曲系数k值的变参数分析,得出加劲肋尺寸对k值的影响,并建议选择加劲肋需要满足的两个条件。给出大宽厚比情况下等距布置加劲肋的步骤和验算方法。     

开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究

为加强方钢管与管内混凝土的组合作用,提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比和偏心率为参数,进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验,同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏压对比试验。试验结果表明:无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%,比钢板加劲肋构件降低了4.33%,PBL加劲肋的主要作用体现在加强钢管与核心混凝土的组合作用,试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏压柱承载力计算公式为基础,考虑PBL加劲肋和孔内"混凝土榫"的作用,提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,公式计算结果与试验结果吻合良好。     

不同加劲肋钢管无水泥混凝土短柱轴压试验

为改善薄壁钢管混凝土的力学性能,研究了不同加劲肋形式变化下,对无熟料水泥再生薄壁钢管混凝土短柱的轴压性能的影响。试验表明:有加劲肋的钢管柱比无加劲肋的钢管柱抵抗轴压的能力更强;单肋带垫片的加劲肋形式试验结果并未比单肋形式的极限荷载高;加劲肋形式为双肋的抗压强度最高。无水泥混凝土钢管柱的破坏形式与普通混凝土一致。     

斜拉肋加劲薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能研究

在方钢管两临边焊接斜拉肋可显著提高薄壁方钢管的局部屈曲承载力,有效改善薄壁方钢管混凝土(CFST)柱的力学性能。为研究斜拉肋加劲薄壁方CFST柱的滞回性能,完成4个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为斜拉肋上是否开孔、轴压比、钢管宽厚比。试验结果表明:试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管与斜拉肋之间纵向焊缝断裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;试件破坏时位移延性系数均大于3.3,极限层间位移角均大于1/30;斜拉肋上开孔对试件的性能影响不明显,减小钢管宽厚比或者增加轴压比使试件耗能增大,但变形能力下降。应变分析结果表明:斜拉肋加劲方钢能对混凝土提供较均匀约束,并且斜拉肋与钢管之间能协同工作。基于ABAQUS软件建立的精细有限元模型能较准确地预测钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的承载力及变形能力。参数分析表明:混凝土强度和轴压比明显影响试件的变形能力,进而建议混凝土强度与轴压比限值的关系。提出考虑斜拉肋和钢管约束之后的塑性应力分布方法计算N-M曲线,与试验结果和有限元分析结果吻合良好。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土的力学性能

为改善钢管混凝土界面和节点力学性能,加强钢管与混凝土的组合效应,提出在钢管混凝土的钢管内设置开孔钢板纵肋,使其具有PBL连接件和加劲肋的双重作用;进行了无肋和设置PBL加劲肋2种截面形式的矩形钢管混凝土轴压短柱试验;分析了无肋和设置PBL加劲肋时,结构中节点剪力在钢管混凝土钢-混界面的传递模式。结果表明:与无肋试件相比,设置PBL加劲肋使得矩形钢管对混凝土的套箍作用得到加强,其轴压承载力提高了14%～28%,试件延性明显改善;PBL连接件能够有效缩短管壁剪力向核心混凝土的传递线路,改善节点区域的应力分布。PBL加劲型矩形钢管混凝土具有承载力高、钢-混组合效应明显的优势,并且构造简单、施工方便,对丰富和发展钢管混凝土在桥梁工程中的应用具有重要意义。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲肋对矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的影响,用能量法推导钢管屈曲系数计算公式,引入PBL和加劲肋相对刚度计算式并分析二者对屈曲模式的相互作用关系,讨论了PBL加劲型钢管的极限屈曲模式及其极限屈曲系数、最大相对宽厚比限值。结果表明:PBL加劲肋可明显改善钢管局部稳定性,钢管屈曲系数k随着PBL加劲肋刚度增加而增大,直至达到极限屈曲系数42.68;PBL连接件可减小板件纵向屈曲的波长,而加劲肋的影响作用与之相反;设置PBL加劲肋后,钢管的最大相对宽厚比限值可达184,并且板件屈曲后强度随宽厚比的变化曲线下降趋势减缓,强度值随着PBL刚度增加而逐渐提高。     

圆端形钢管混凝土柱设计方法对比分析

圆端形钢管混凝土柱已被应用于桥梁结构中。文章首先搜集了21根圆端形钢管混凝土轴压短柱和12根圆端形钢管混凝土偏压长柱的试验数据,并基于试验数据,验证现有简化模型的合理性。研究结果表明,对于圆端形钢管混凝土轴压短柱,规范GB 50936-2014和文献[2]的预测精度最高;对于圆端形钢管混凝土偏压柱,规范CECS 159:2004和文献[5]的预测精度最高。     

矩形钢管混凝土柱与钢梁的连接节点设计方法

介绍了《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS1 5 9:2 0 0 4)中节点设计的部分内容 ,主要是关于矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的设计 ,包括梁柱的连接形式、节点抗弯强度的设计方法、节点域的抗剪设计方法 ,以及构造方面的规定     

矩形钢管和矩形钢管混凝土T形不等宽受拉节点 轴向刚度

为获得T形节点轴向刚度简化计算公式,根据节点受力特点,提出了适用于矩形钢管节点的平面框架模型和适用于矩形钢管混凝土节点的固端梁模型,并推导得到了2类节点的节点轴向刚度理论公式; 运用有限元方法对节点轴向刚度理论公式中的节点域有效长度l_eff进行参数分析,拟合得到l_eff简化计算公式; 将节点轴向刚度理论公式与试验及有限元结果进行了对比,并分析了主管内填混凝土对节点轴向刚度的影响。结果表明:主管高宽比和主管宽厚比对l_eff的影响较小,不予考虑; l_eff与主管宽度和支管高宽比均呈线性关系,且随之增大而增大; l_eff与支主管宽度比β呈非线性关系,且随之增大而减小; 2类节点的轴向刚度理论公式计算结果与试验结果及有限元结果均吻合较好; 主管内填混凝土可以提高节点轴向刚度,提高系数k_c/h随着主管高宽比的增大而增大,随着β的增大呈现先增大后减小的规律,且当β=0.6～0.7时提高最大。     

加劲薄壁钢管混凝土柱的试验性能

对加劲薄壁钢管混凝土柱的结构性能进行试验研究。通过在钢管内表面焊接纵向加劲肋实现加强的作用。同时对12个不带加劲肋的钢管混凝土柱进行试验,部分柱的填充混凝土中加有钢纤维。试验结果表明,加劲肋可以有效延迟钢管局部屈曲现象的出现。当加劲构件达到最大承载量时钢板才出现屈曲,所以相比普通钢管混凝土,加劲钢管混凝土具有更高的适用性。     

PBL加劲肋方钢管混凝土界面力学性能试验

钢管混凝土优良性能的发挥得益于两种材料接触面的紧密结合。为加强外包钢管与核心混凝土的结合效果,本文进行了在钢管内侧不设加劲肋、设置加劲肋以及PBL型加劲肋三种截面形式,3型共20个试件的方钢管混凝土轴压短柱推出试验。分析了不同截面形式试件的荷载传递及界面粘结强度的变化规律;通过3D扫描技术揭示了荷载-滑移曲线走势变化原因。结果表明:设置加劲肋显著提高了试件局部抗屈曲性能及粘结强度,其粘结-滑移剪切模量提升了近一倍,而肋板形式对其影响不显著;PBL加劲肋在普通肋板基础上形成混凝土榫,具有最佳的界面粘结效果;将试验结果同以往试验数据结合,回归分析了套箍系数、宽厚比、长细比同界面平均粘结强度的变化规律。