圆钢管高强混凝土轴压短柱承载力有限元分析

应用Open SEES有限元软件计算圆钢管混凝土短柱的轴压承载力-应变关系曲线。由于钢管和混凝土之间相互作用的机理,分别采用Mander混凝土本构模型和根据套箍系数修正Mander混凝土本构模型,计算结果与实验结果吻合较好。应用此材料本构模拟圆钢管高强混凝土短柱并讨论不同参数的影响。结果表明:基于试验的Open SEES建模方式与模型参数选取合理;圆钢管高强混凝土与普通混凝土的力学性能差异大;增大核心混凝土的强度、钢材的套箍系数和屈服强度都可以提高构件的极限承载力。     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线

应用OpenSees计算外方内圆复合钢管高强混凝土柱（简称双钢管高强混凝土柱）的水平力—位移滞回曲线。分析了双钢管高强混凝土柱的单元和截面纤维划分。钢管材料采用双线性模型Steel02,混凝土模型采用Concrete02,圆钢管内和钢管之间的混凝土采用Susantha模型,考虑钢管对混凝土的约束作用,计算得到的水平力—位移滞回曲线与试验结果符合较好。在此基础上,应用OpenSees对双钢管高强混凝土柱进行参数影响分析,讨论了轴压比、方钢管壁厚（宽厚比）、径宽比、径厚比对双钢管高强混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：增大轴压比,延性降低;增大方钢管壁厚（减小宽厚比）,水平承载力增大;增大圆钢管直径和壁厚,有助于提高双钢管高强混凝土柱的竖向和水平承载力能力,增大耗能能力。     

应用OpenSEES模拟复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能

基于Open SEES有限元软件对复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能进行模拟。考虑到钢管对混凝土的强化作用,选用Mander混凝土本构模型作为混凝土强度依据,针对外方内圆的复式钢管高强混凝土进行建模。将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:文中Open SEES建模方式与模型参数选取合理,模拟结果与试验结果吻合较好,复式钢管高强混凝土柱的有限元分析可以参考文中的建模方式及本构模型进行。     

组合梁-方钢管混凝土柱框架结构抗震性能的pushover分析

采用考虑组合梁多材料截面引起的正向、负向刚度、强度和承载力不同的截面本构模型,建立了组合梁结构的弹塑性分析模型,对一个15层的钢混凝土组合梁-方钢管混凝土柱框架结构开展了多遇地震、罕遇地震下的pushover分析,为组合框架结构体系的抗震性能分析以及pushover方法在该体系中的应用提供了参考。在此基础上,与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构、钢梁-钢筋混凝土柱框架结构进行对比研究,比较了几种结构的动力特性,表明组合梁-方钢管混凝土柱框架结构体系相对于其它两种框架结构体系具有更好的抗震性能。     

钢管混凝土构件轴向受拉机理和承载力研究

采用有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土柱的有限元模型,对10个钢管混凝土柱试件在轴向拉力作用下的受力行为进行了数值模拟,并通过与试验结果对比验证了模型的适用性和有效性。使用经验证的模型分析了轴向拉力作用下钢管混凝土构件的受力过程、破坏机理以及钢管和混凝土之间的相互作用,并根据分析结果提出了钢管混凝土构件受拉承载力简化计算公式。研究表明:钢管混凝土柱在轴向拉力作用下,钢管承担大部分拉力,最终的破坏形态为构件端部或者中部的钢管破坏;含钢率和钢材强度对钢管混凝土柱的抗拉承载力影响较大,而核心混凝土强度对抗拉承载力影响很小。     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能有限元分析

复式钢管混凝土柱具有较高的抗压承载力,在强地震作用下具有很好的防倒塌能力,已广泛用于大跨度桥梁和超高层房屋建筑中。基于复式钢管混凝土柱-钢梁节点的试验研究,合理选择材料本构关系、破坏准则,采用ANSYS软件建立了有限元模型,以研究该类节点在低周往复荷载作用下的抗震力学性能。有限元模拟得到的滞回曲线及骨架曲线与试验结果吻合较好,从而验证了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了钢梁及内外钢管在受力过程中的应力分布,探索了此类节点的传力机制及最终破坏形态;最后对该类节点进行参数分析,研究了钢梁强度等级、外方钢管柱强度等级、外方钢管柱壁厚及复式钢管混凝土柱轴压比对节点受力性能的影响,供此类新型节点的试验设计及工程应用参考。     

底部加强型工字形钢管混凝土柱抗震性能研究

提出了工字型截面钢管混凝土柱,同时提出了一种在柱底部区域翼缘贴焊钢板的底部加强型工字形截面钢管混凝土柱。进行了3个不同构造的工字形钢管混凝土柱模型的低周反复荷载试验,模型1为普通工字形钢管混凝土柱,模型2为工字形截面两翼缘外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为工字形截面两翼缘周边均贴焊钢板的钢管混凝土柱。分析了各模型的破坏特征、承载力、刚度及退化过程、延性和滞回耗能特性。给出了工字形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:所提出的底部加强型工字形钢管混凝土柱与普通工字形钢管混凝土柱相比,承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高。     

薄壁方钢管混凝土柱劲化设计及轴压性能探讨

对于薄壁方形钢管混凝土柱,有效且经济地提高柱的承载力、刚度和延性,增强其抵抗局部屈曲的能力是目前的一项重要研究课题。据此,进行8个薄壁方形钢管混凝土轴压试件的研究,比较普通薄壁钢管混凝土柱与劲化薄壁钢管混凝土柱的轴压极限承载力、延性性能、局部屈曲模态及相应耗钢量,研究表明:劲化设置在增加较少用钢量的情况下,使钢管壁对核心混凝土的约束作用相对于普通钢管混凝土柱和单纯加设约束拉杆的钢管混凝土柱更趋均匀,提高了整体约束效应,混凝土强度得以提高,本构关系明显改善。从而增加了钢管混凝土柱的轴压承载力和延性,改变了钢管的局部屈曲变形状态,其实用效益与经济效益极其可观,具有良好推广价值。     

钢管高强混凝土叠合柱的抗震性能研究

通过周期性往复试验,研究了钢管高混凝土叠合柱柱的破坏形态,耗能能力、延性、承载力以及各种组成部分共同工作等内容,并与钢管高强混凝土核心柱进行了对比;随后通过计算,讨论了叠合柱中有关参数对其极限承载力和影响;最后给出了叠合柱正截面极限承载力的简化计算方法。     

基于OpenSees的空心钢管混凝土柱恢复力计算公式研究

采用OpenSees建立基于纤维截面的空心钢管混凝土柱有限元模型,对空心钢管混凝土柱的滞回性能进行计算。在该有限元模型基础上,考虑轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土强度和钢材强度等因数对骨架曲线恢复力模型的影响,结合正交试验设计方法,对骨架曲线恢复力计算公式进行回归分析。研究结果表明：1数值计算结果与试验结果吻合良好;2得到的空心钢管混凝土柱骨架曲线恢复力计算公式在一定设计参数范围内具有较高的计算精度。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗剪承载力分析

为研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗剪承载力,分析其破坏机理,建立适用于不等高钢梁节点的抗剪计算模型,提出了节点的抗剪承载力计算公式,比较了基于不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值与试验值的差异性。结果表明:节点域的破坏模式主要为上核心区的剪切斜压破坏;节点域抗剪承载力主要由钢管腹板、核心区混凝土主斜压杆及约束斜压杆共同承担。对比分析表明:提出的节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力理论公式计算值更为接近试验值,验证了方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点传力机理和承载力计算公式的正确性。     

钢管混凝土-钢板深梁结构抗震试验与承载力计算

提出了钢管混凝土-钢板深梁结构,进行了4个钢管混凝土-钢板深梁结构模型试件的低周反复荷载试验,4个试件均由等截面钢管混凝土柱和等尺寸钢板深梁构成,各试件高宽比相同。4个试件的区别在于设置的钢板深梁道数不同,以重点研究钢板深梁对结构抗震性能的影响。分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回特性、耗能和损伤与破坏过程等。基于试验,提出了承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:钢管混凝土-钢板深梁结构,具有良好的抗震性能;钢板深梁与钢管混凝土设计参数应合理匹配,以实现强钢管混凝土柱和弱钢板深梁的延性屈服机制;钢管混凝土-钢板深梁结构可用于结构抗震设计。     

底部加强型矩形钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

提出了一种底部加强型矩形钢管混凝土柱,采取在柱底部区域钢板外侧贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力.进行了3个不同构造的矩形钢管混凝土柱模型的低周反复加载试验,模型1为普通矩形钢管混凝土柱,模型2为矩形截面底部垂直加载方向钢板外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为矩形截面底部双向外侧钢板均贴焊钢板的钢管混凝土柱.模型按1/5缩尺.分析了各模型的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征.给出了底部加强型矩形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力的计算公式,计算与实测结果符合较好.研究表明:所提出的底部加强型矩形钢管混凝土柱与普通矩形钢管混凝土柱相比,其承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高.     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

圆截面钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

在地震力作用下,钢管混凝土柱在塑性区域发生的局部屈曲会引起承载力下降并使钢管发生塑性形变,通过研究钢管混凝土柱的局部屈曲性能,使用能量法推出了屈曲应力的计算公式。分析结果表明:屈曲应力受钢管弹性模量的影响较大。对42根钢管混凝土柱进行了轴压试验,考虑了长细比、径厚比以及核心混凝土强度3个影响因素,通过将试验结果与计算结果进行对比,得到了钢管在塑性区域内发生屈曲时刻的切线模量。     

圆钢管超高性能混凝土组合柱抗震性能分析

为了研究圆钢管超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete-filled steel tube, UHPCFST)组合柱的抗震性能,文中采用OpenSees对圆UHPCFST组合柱在低周往复荷载作用下的响应进行分析。首先,选用3种不同的圆钢管约束UHPC本构模型,并通过与文献试验结果进行对比验证其有效性后,对圆UHPCFST组合柱的抗震性能进行含钢率及轴压比2个参数的影响分析。与文献试验结果对比表明,UHPC采用LU本构计算参数所建立的模型可很好地模拟低周往复荷载作用下圆UHPCFST组合柱的荷载-位移骨架曲线及滞回性能。参数分析发现：含钢率由3.31%增大到27.75%(钢管壁厚由2 mm增大到18 mm)时,组合柱的水平承载能力提高了2.6倍,延性提高2.5倍;轴压比由0.1提高到0.9时,组合柱的极限承载能力降低了24.45%,延性急剧下降(78.3%);当柱的含钢率在9.75%～20.49%范围内(钢管壁厚在6～13 mm内),轴压比在0.1～0.3之间时,圆UHPCFST组合柱在地震作用下表现出良好的抗震性能,承载力能力明显无降低,延性与变形...     

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。     

基于纤维模型的CFT框架柱滞回性能模拟及模型灵敏度分析

研究了基于纤维模型的CFT框架柱滞回性能模拟的建模方法,建立了基于不同材料本构模型的CFT框架柱数值模型,并探讨了材料本构关系、纤维截面网格划分、积分点数量等因素对模拟精度的影响。以试验为依据,运用Opensees软件,通过计算结果与试验结果的对比,分析了影响滞回模型计算精度的主要因素。结果表明,受约束混凝土本构关系的下降段,钢材本构关系的强化段,是影响滞回模型准确性的主要因素,而网格划分和积分点数量的影响则主要体现在程序运行速率方面。研究将为基于纤维模型法的CFT框架柱滞回性能模拟分析提供理论依据。     

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。