薄壁结构局部-整体相关屈曲研究现状

薄壁结构因屈曲而丧失承载能力的现象日益突出,局部屈曲与总体屈曲的相互作用成为必须考虑的问题。本文综述了薄壁结构局部-整体相关屈曲研究若干重要方面的理论发展和现状,并试图对进一步研究提出建议。     

带肋矩形钢管混凝土中核心混凝土对局部屈曲的影响

为研究混凝土与加劲钢管之间的相互作用,即混凝土对钢管的支持力、混凝土-加劲钢管的界面粘结力以及加劲肋所受到的混凝土侧向压力对加劲矩形钢管混凝土柱局部屈曲的影响,本文在考虑了界面粗糙程度的影响后,通过能量法推导了在轴向压力作用下加劲钢管的局部屈曲特征方程,得到了在弹性基底上钢管屈曲的伽辽金表达式;迭代计算后,得到了带肋钢管的局部屈曲应力和对应的屈曲模态．结果表明：考虑混凝土作用力和钢管受力的有效宽度后,钢管的极限承载力最高分别能达到未加劲时的2.25倍和3.1倍;在钢管完全加劲前,混凝土与加劲钢管之间的相互作用能极大地提高钢管的屈曲荷载,且其提高幅度随界面粗糙程度加大而增大,但并不能提高其最大屈曲系数和加劲肋的最小加劲刚度．此外,通过瑞利-里兹法对带肋钢管壁板的局部屈曲性能进行了分析研究,推导得到了钢管屈曲系数公式;结合有效宽度的概念后,得出了钢管和构件的极限承载力计算公式．     

高温后方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

本文进行了6个高温后方钢管再生混凝土柱试件和1个常温对比试件的拟静力试验,研究再生粗骨料取代率、受热温度和套箍指数对试件表观变化、破坏形态和抗震性能的影响。结果表明:高温后钢管表面氧化而呈现暗红色;在常温和高温作用下的试件破坏形态相似,均为钢管底部发生鼓曲破坏;除套箍指标较小的试件外,所有试件的滞回曲线比较饱满,变形满足抗震延性需求;上述这些受再生粗骨料取代率的影响不大,而受热温度影响显著,其中受热温度300℃时的损伤严重、性能劣化最为突出。     

薄壁结构屈曲和初始后屈曲的局部分析及其精度

为了解决大型复杂薄壁结构稳定性有限元分析中方程阶数过高的问题,本文建议用结构局部代替整体进行计算,证明局部分析方法可以得到整体结构线性分支点的上限和下限,以及整体结构渐近后屈曲行为的近似解,给出了算例。     

方钢管混凝土框架抗震性能及P-Δ效应研究

为了对方钢管混凝土框架的抗震性能及P-Δ效应进行研究,设计制作了1榀方钢管混凝土框架进行低周反复加载试验。研究表明:方钢管混凝土框架试件的滞回曲线呈饱满的梭形,破坏时的等效黏滞阻尼系数为0.2241,表明该框架结构具有良好的抗震耗能性能;试件在正负向的平均位移延性系数为2.94,表现出了较好的延性性能;破坏时的平均位移转角为1/36,表现出了较强的抗倒塌能力;随着加载位移的增加,试件的残余变形及等效黏滞阻尼系数均会逐渐增大,而强度衰减幅度总体上呈现出先增大后减小的变化趋势,刚度退化速率呈现出先快后慢的变化趋势。最后基于试验数据,对P-Δ效应的影响进行了分析,提出了相关建议。上述结果可为相关的工程应用及理论分析提供参考。     

螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱滞回性能数值分析研究

为提高薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了螺旋肋薄壁钢管混凝土新型组合构件.对普通与螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱进行水平滞回试验发现,螺旋肋可对薄壁钢管形成较好的约束,延缓局部屈曲发生,构件水平抗震承载力与变形能力均得到有效提高.基于试验结果,采用ABAQUS有限元软件对螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱进行了验证模型分析,在破坏模式、承载力和变形能力等方面吻合较好.在此基础上,对螺旋肋数量、钢筋数量及螺距进行了参数分析,结果表明:随螺旋肋与钢筋数量增加,构件承载力随之提高,但数量过多,会对外部混凝土产生不利作用,螺距对构件性能影响不大.最后,根据试验与参数分析结果,给出了设计建议.     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能非线性分析

在圆钢管型钢再生混凝土组合柱拟静力试验的基础上,结合现有混凝土塑性损伤准则,考虑再生粗骨料取代率的不利影响及钢管的强化约束效应,建立了组合柱的有限元模型,并对圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行了抗震性能非线性分析;获取了组合柱的应力云图、变形图、计算滞回曲线和骨架曲线,通过计算结果与试验结果的对比,验证了有限元模型的合理性,并开展了组合柱抗震性能的有限元参数分析。结果表明,在参数分析范围内,随着型钢配钢率从5.54%增加到8.51%,组合柱的承载能力显著提高,最大增幅为23.67%;采用箱型型钢截面形式或降低外钢管径厚比可以显著提高组合柱的承载力与变形能力;适当增加轴压比可提高其承载力,但不利于延性变形;另外,再生粗骨料取代率对组合柱抗震性能等影响很小。上述研究结果可为圆钢管型钢再生混凝土组合柱在工程上的应用提供参考。     

薄壁钢管再生混凝土轴压实验研究

通过对9个薄壁圆钢管再生混凝土短柱和9个薄壁方钢管再生混凝土短柱进行的轴压试验研究,比较了三种方法测定试件轴向变形的差异,分析了不同取代率和不同截面形式薄壁钢管再生混凝土的破坏变形特征,并运用不同设计规程对薄壁钢管再生混凝土的承载力强度进行了计算分析。得出薄壁钢管再生混凝土的变形破坏形式与普通薄壁钢管混凝土相似,及再生混凝土取代率对试件极限承载力和变形能力有一定影响的结论。另外根据计算比较,得到各规程在计算薄壁钢管再生混凝土极限承载力时的适用性。     

竹胶板-薄壁钢管约束收尘石粉混凝土组合柱轴压性能

提出一种新型的竹胶板-薄壁钢管复合约束收尘石粉混凝土组合柱(BSDCC),对10根BSD-CC试件进行轴压试验,考察试件的破坏特点和形态,调查收尘石粉混凝土的含量率和强度、试件长细比、截面组合与拉杆约束方式、拉杆间距比对试件承载能力和变形的影响规律.结果表明,BSD-CC试件的受压破坏形态主要为试件中部约束拉杆之间竹胶板的层间开胶剥离和材料压折破坏、竹胶板与钢管的开胶剥离破坏.相同条件下,收尘石粉混凝土含量率对试件的极限承载力无明显影响,对变形有重要影响,改变试件的破坏模式;混凝土强度、截面组合与拉杆约束方式对约束作用的影响大;承载力随着长细比、拉杆间距比增大而降低.通过回归分析建立了 BSDCC的极限承载力计算模型.     

一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器及其性能分析

为解决传统剪切型金属阻尼器耗能形式单一,剪切腹板易过早发生局部屈曲的问题,设计了一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器。该阻尼器主要由剪切腹板和防屈曲耗能件组成,防屈曲耗能件分布于剪切腹板两侧,上下两端与固定架相连。为考察其耗能和防屈曲能力,本文以传统的剪切型阻尼器试验模型为参考,利用ABAQUS有限元分析平台建立了14组阻尼器数值模型,分析了防屈曲耗能件的截面形状、使用材料的类型及与固定架间的连接方式等对阻尼器性能的影响,并采用刚度退化系数和等效黏滞阻尼比为评价参数衡量新型阻尼器的抗震性能。结果表明,设置了防屈曲耗能件的新型阻尼器其剪切腹板的最大面外位移与传统阻尼器的比值低于1/4,防屈曲耗能件与剪切腹板的最大屈服位移比超过3∶1,可以有效防止剪切腹板过早发生屈曲,具备多阶段耗能的能力。相比于传统无防屈曲耗能件剪切型阻尼器,此类阻尼器耗能能力强、滞回性能稳定、具备较好的抗震性能,可以满足实际工程结构的抗震设计要求。     

预应力钢管混凝土组合构件的稳定性研究

给出了预应力筋初始张拉力和有效张拉力的计算方法．根据弹性力学理论和能量法原理,建立了组合构件挠曲微分方程,推导了各种边界条件的预应力钢管混凝土组合构件的压屈载荷计算公式,并由强度条件确定了界限长细比．算例分析表明,对超过界限长细比的钢管混凝土组合构件,施加预应力可以有效地提高其稳定承载力．     

圆钢管型钢再生混凝土短柱偏压力学性能退化研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱在偏压荷载作用下的性能退化,进行了10个短柱试件偏心受压试验。主要分析了再生粗骨料取代率、圆钢管径厚比、型钢配钢率和偏心距等参数对试件的荷载-挠度曲线、变形能力、刚度退化及耗能能力的影响。结果表明:该短柱具有较高的承载力和抗弯刚度;与普通混凝土相比,取代率的增加对短柱的承载力和变形是不利的,试件的挠度变形随着取代率的增加而增大,再生粗骨料取代率为100%的试件偏压承载力降低了8.98%,试件刚度退化速率随着取代率的增加而加快,耗能能力逐渐降低;试件的挠度变形随着圆钢管径厚比的增大或型钢配钢率的减小而增大;试件刚度退化速率随圆钢管壁厚、型钢配钢率的增加逐渐变慢,耗能能力增强;另外,偏心距对试件偏压性能影响较为显著,随着偏心距的增大,试件刚度退化和承载力降低更加明显。     

钢管高强混凝土叠合柱弯矩-曲率关系的合成模型

本文采用现有高强混凝土及钢管混凝土本构关系,运用合成法编制了计算程序,对钢管高强混凝土叠合柱的截面弯矩－曲率关系进行了全过程分析,并讨论了主要参数对上述关系的影响;经大量回归分析,建立了钢管高强混凝土叠合柱截机弯矩－曲率关系的三折线模型,从而为叠合柱结构的抗震分析奠定了基础。     

FRP约束钢管混凝土柱轴力-弯矩相关关系研究

为了建立FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关关系曲线,分析组合结构中各组份对柱体压弯性能的影响,建立了FRP约束钢管混凝土截面分析计算模型,考虑不同FPR-钢复合约束程度和荷载偏心率对混凝土本构的影响。与现有CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)-钢管混凝土压弯试验结果对比,验证了模型的合理性。对模型开展参数分析,结果表明,FRP约束混凝土压弯性能主要受环向FRP影响,环向FRP层数的增加在提高柱体轴压承载力的同时可有效降低其界限偏心率,提高大偏心状态下柱体的轴压比;纵向FRP层数仅会影响柱体承载力,对其界限偏心率及大偏心受压状态下的轴压比影响不显著;随着环向FRP约束程度的提高,柱体对P-Δ效应的敏感性增强。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明：再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。     

空心率对中空夹层钢管混凝土组合柱耐撞性能影响

以外层为不锈钢的中空夹层钢管混凝土柱为研究对象,采用有限元分析软件,模拟该类构件在低速横向冲击下的动力响应,讨论空心率对其耐撞性能的影响,并提出稳固性因数来评估结构的耐撞性能,同时展开3组实验对有限元模拟典型算例进行校正。试件的耐撞性能主要从抗冲击能力与冲击过程中结构的稳固性方面讨论。研究结果表明：空心率在0~0.73范围内,其对冲击力平台值影响不明显,试件抗冲击能力没有明显变化;空心率大于0.73,冲击力平台值明显下降,试件抗冲击能力明显减弱。空心率在0~0.6范围内,试件冲击过程中的结构稳固性因数保持在一个较高水平;空心率0.6~1.0范围内,试件冲击过程的结构稳固性因数明显降低,且呈单调下降趋势。

     

基于有限元法的钢管混凝土等效剪切模量研究

提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法,并对该方法的正确性进行了验证;在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上,给出了圆形和方形钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式;与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进行比较,分析了结果不同的原因,表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的方法更为合理.     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱偏压性能试验研究

对12个短柱试件进行偏心受压试验,研究方钢管型钢再生混凝土组合短柱的偏压力学性能,观察试件的偏压破坏过程及破坏形态,获取试件的偏压荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线、侧向挠度及刚度退化曲线,分析再生混凝土强度、型钢配钢率、方钢管宽厚比、偏心距、再生粗骨料取代率对组合短柱偏压性能的影响规律,研究结果表明：在偏压荷载作用下,各试件的破坏特征较为相似,主要表现为组合柱中部型钢的受压侧最先开始到达屈服状态,随着偏压荷载的继续增加,外部钢管的受压侧也进入屈服状态,最后核心再生混凝土被压碎,组合柱的破坏是由于外部钢管的中部出现了明显的局部鼓曲;试件偏压承载力分别随再生粗骨料取代率和偏心距的增大而逐渐降低,其中偏心距对试件的偏压承载力和侧向挠度影响显著,再生粗骨料取代率对试件偏压承载力和变形能力影响是不利的;增加方钢管壁厚或型钢配钢率均对于提高试件的偏压性能是有利的;提高再生混凝土强度会降低组合短柱的变形能力,这与普通混凝土类似,但试件的偏压承载力会得到相应的增强。总体上,该组合柱在偏压荷载作用下具有较高的承载力和良好的变形能力,研究结论可为该组合柱的工程应用提供一定参考。