格构式钢管混凝土风电塔架新型附着式节点受力性能研究

以节点的节点板厚度和腹杆壁厚为参数,设计出五个新型附着式节点,并对其进行了试验研究,分析试件破坏模式、荷载-相对变形曲线和节点板应力分布.研究结果表明,新型附着式节点破坏模式主要有两种:一种是节点板破坏,主要表现为沿着受压撕裂线破坏;一种是腹杆破坏,主要表现为受压腹杆整体屈曲.破坏模式为节点板破坏的时候,节点整体变形相...     

内爆炸下钢管混凝土结构变形与破坏的试验分析及数值模拟

钢管混凝土结构由于具有良好的力学性能和低经济成本而受到广泛应用,因此对它的研究很多,但对它在爆炸作用下尤其是内爆炸作用下的研究很少,故分析钢管混凝土结构在内爆炸下的变形与破坏具有重要意义.本文通过试验与数值模拟方法,分析了内爆炸下钢管混凝土结构在具有二条预制狭缝时的变形与破坏情形.结果表明,钢管变形主要发生在靠近狭缝处,变形大小随药量的增加而增大,最终导致钢管在狭缝两端出现约45°方向的裂纹,引起钢管混凝土剪切破坏.     

钢管混凝土柱-钢梁节点的力学性能分析

基于弹塑性有限元理论建立了钢管混凝土柱-钢梁节点荷载-位移全过程非线性有限元模型,在单元分析中采用改进的AUL表述推导得到梁柱单元刚度矩阵方程,同时考虑了材料的物理非线性和单元的几何非线性,并编制了非线性有限元程序NLFEACFST。采用该模型对相关研究者和作者进行的节点试验进行了分析,理论计算结果与试验结果比较表明,该模型具有很好的适用性和精度。在理论分析模型得到试验结果验证的基础上,对典型的中柱节点进行了荷载-位移全过程非线性特性分析,并对影响节点承载力和荷载-位移骨架曲线的因素进行了参数分析,为进一步从理论研究钢管混凝土框架结构的力学性能创造了条件。     

高温后钢管活性粉末混凝土的动态力学性能

采用霍普金森压杆装置对高温后钢管活性粉末混凝土(reactive powder concrete-filled steel tube,RPC-FST)进行冲击压缩实验,分析了应变率效应及温度效应对试件动态力学性能的影响。结果表明：高温(200、300 ℃)后RPC-FST仍具有较好的抗冲击能力、延性和完整性;冲击荷载作用下,RPC-FST的应变率效应明显弱于RPC的应变率效应;随着过火温度的提高,RPC-FST的峰值应力逐渐增大,变形能力增强,抗冲击能力提高。动力提高系数随过火温度的提高而增大,说明高温后RPC-FST的应变率效应更显著。     

外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱节点抗震性能研究

基于课题组研发的外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱,本文提出一种组合结构的节点形式,并进行了该类节点试件的低周往复荷栽试验.对节点的破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性、节点核心区应变进行了分析,对该类节点变形组分及变化规律进行了研究,结果表明:试件最终为梁端塑性角区弯曲破坏,延性系数为2.45,等效黏...     

基于Hillinger-Reissner变分的方钢管混凝土柱数值模拟

对钢管混凝土柱的非线性分析,如果主要采用有限元程序中基于刚度法的梁柱单元模拟,无法准确地模拟地震作用下构件进入非线性阶段的受力状态。为此,基于Hillinger-Reissner变分的非线性分析方法,建立了适用于几何和材料非线性分析的混合单元模型,并将结合纤维截面的混合单元模型嵌入开源有限元程序OpenSees中用于非线性分析。选择合理的钢管混凝土材料本构模型对方钢管混凝土偏压柱以及往复荷载作用下的方钢管混凝土柱进行数值模拟。分析结果表明：本文模型具有较高的分析精度和计算效率,能够较为准确地模拟方钢管偏压柱的极限承载力和软化行为以及动态加载模式下方钢管混凝土柱的强度、刚度退化、滞回耗能性能。     

钢管混凝土柱抗火性能的试验研究

对2个钢管混凝土柱进行了抗火性能的试验研究。试验采用足尺试验形式,柱长3800mm,钢管外部有20mm厚砂浆保护层。通过试验,得出钢管混凝土柱的截面温度场分布规律和耐火极限。试验结果表明,砂浆保护层的存在使得钢管表面温度比炉内温度降低大约300℃～500℃,提高了钢管混凝土柱的耐火极限。钢管混凝土柱第一次受火达到炉内最高温度810℃,没有破坏,冷却到常温,第二次受火,柱子破坏,破坏时炉内最高温度为828℃。与一次受火破坏钢管混凝土柱相比较,炉内最高温度降低了122℃,二次受火钢管混凝土柱耐火极限温度明显降低。上述结果可为今后结构抗火性能的研究提供依据。     

内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点滞回性能分析

针对内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能研究,本文设计了5根节点试件,进行了低周往复荷载试验.以肋长、空心率、轴压比为主要变化参数,研究此类节点的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化、强度退化、延性、耗能能力等性能.试验结果表明:内管设置PBL肋的节点表现出良好抗震性能,但随着肋长的增加,承载力提高不明显,延性和耗能能力有一定提高,强度退化影响不大;随着空心率增大,承载力与延性略有降低,对强度退化、刚度退化、耗能能力影响不大;使用有限元软件ABAQUS建模计算得到的荷载-位移曲线与本文试验结果总体基本符合.为进一步参数分析和机理研究提供了可靠的基础.     

方钢管高强再生混凝土叠合柱轴压性能试验研究

为研究方钢管高强再生混凝土叠合柱受压性能,以混凝土种类、方钢管内是否配置拉结筋、箍筋间距和钢管壁厚为变化参数,完成了5根方钢管高强混凝土叠合柱的单调加载试验,并分析了不同变化参数对高强再生混凝土叠合柱受压性能的影响。结果表明：方钢管高强再生混凝土叠合柱损伤发展过程和破坏形态与普通混凝土叠合柱相似;方钢管高强再生混凝土叠合柱承载能力较普通混凝土叠合柱有所提高,但峰值荷载后承载力发生突降变形性能较差;方钢管内配置拉结筋、减小箍筋间距和增大钢管壁厚均提高了方钢管高强再生混凝土叠合柱的受力性能。考虑方钢管对核心再生混凝土以及箍筋对外围钢筋再生混凝土的约束,本文提出了方钢管高强再生混凝土叠合柱的轴压承载力计算公式,结果表明,计算值与实测值吻合较好。     

矩形钢管加劲肋加强K形箱型相贯节点极限 承载力数值分析

利用有限元软件对加劲肋加强的K形箱型节点在一侧支管轴向受拉一侧支管轴向受压作用下的极限承载力进行了研究,在现行钢结构设计规范中关于直接焊接相贯节点极限承载力公式的基础上引入加劲肋对节点极限承载力加强部分NS,建立了加劲肋加强K形箱型节点极限承载力设计公式.分析结果表明:随着 τ 的增加,K形箱型节点极限承载力提高部分NS显著增加;η 的增加能显著提高K形箱型节点的极限承载力提高部分NS;β 对K形箱型节点极限承载力提高部分NS的影响较小.     

GFRP管约束钢管混凝土加劲混合柱偏压力学性能试验研究

为改善钢管混凝土加劲混合构件因钢管内外混凝土存在力学差异,组合效应较低的不足,采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管对其进行约束,研究了GFRP管约束钢管混凝土加劲混合柱(FCECFST)的偏压力学性能,将FCECFST与普通钢管混凝土加劲混合柱、GFRP管约束钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行偏压试验对比,通过荷载-变形曲线、侧向挠度分布曲线和荷载-应变曲线剖析了试件破坏机理。研究结果表明：FCECFST偏压破坏以环向纤维断裂为标志;相比其他3种组合构件,FCECFST荷载-变形曲线峰值更高且下降段更平缓,表现出良好的极限承载力、抗弯刚度、延性性能和耗能能力;GFRP管对外围混凝土约束作用明显,对试件偏压力学性能影响显著。     

方钢管混凝土柱延性的实验研究

针对结构抗震设计对延性的要求,对不同轴压比、长细比和混凝土标号的7根方钢管混凝土柱试件进行了低周反复加载实验,得到了框架柱的荷载位移曲线、骨架曲线以及各阶段的荷载位移值,据此分析了各种因素对方钢管混凝土柱延性的影响.实验结果表明:剪力滞引发了方钢管混凝土柱的塑性铰,塑性铰的扩展是柱端承载力下降的根本原因,增大轴压比将引起塑性铰更早出现,进而降低框架柱的延性和水平抗剪能力;增大长细比可以延缓塑性铰出现,提高柱的延性和耗能能力,但是水平抗剪能力下降;提高混凝土强度等级可以降低大轴压比、大长细比带来的不利因素.实验结果与有限元计算数据吻合良好.     

侧向冲击载荷下钢管混凝土结构的动力响应及参数分析

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析,将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好,结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中,长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响;冲击头相对宽度可改变构件的变形模态;相比于几何参数,钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小;结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。     

散斑图像相关数字技术在薄壁钢管混凝土长柱变形测量中的应用

薄壁钢管混凝土构件作为新发展的组合构件,对其研究具有非常重要的意义。文中首先介绍了散斑图像相关数字技术的基本原理,然后给出了变形计算公式。为弥补传统测量方法的不足,在薄壁钢管混凝土长柱偏压破坏实验中,引入了散斑图像相关数字技术,对长柱跨中截面的全过程变形(位移)进行了测量,并对测量结果进行了分析与讨论,同时还与传统测量方法所得结果进行了对比分析。实验结果与分析表明:该方法具有较高的精度和工程可用性,可克服传统测量方法中的一些弊端,且对实验设备和测量环境要求不高,很适合现场非接触测量。     

含钢率对GFRP管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响

为了研究含钢率对GFRP（glass fiber reinforced polymer）管-钢骨混凝土组合构件抗冲击性能的影响,建立15个组合构件的数值模型,在验证模型正确的基础上,通过分析典型构件的冲击全过程、截面弯矩发展以及破坏时应变分布规律,研究构件在侧向冲击荷载作用下的破坏模式;通过分析构件冲击力时程曲线、侧移时程曲线以及能量变化情况,探究含钢率对不同长细比构件抗冲击性能的影响。结果表明：与未配置钢骨的构件相比,GFRP管-钢骨混凝土构件的抗冲击承载力提高了7%~134%,侧向位移减小了13%~68%。在侧向冲击荷载作用下,构件的破坏模式以弯曲破坏为主,同时伴随着GFRP管和混凝土冲击区域的局部破坏,抗弯刚度是影响构件抗冲击性能的主要因素之一。构件的抗冲击承载力随着含钢率的增高而提高,随着构件长细比的增大而降低。含钢率相差1.5%时,截面惯性矩较大的窄翼缘型钢对构件的抗冲击性能更有利。对于长细比大于20的构件,钢骨耗能是组合构件总能耗的主要组成部分。     

环向均匀脱空对方钢管混凝土柱轴压受力性能的影响

为研究环向均匀脱空对方钢管混凝土柱(CFST)轴压性能的影响,以有无环向均匀脱空缺陷、钢管屈服强度和钢管厚度为影响参数,分别对3个环向均匀脱空方钢管混凝土柱和3个无脱空方钢管混凝土柱展开轴压试验。试验观察了试件在轴压状态下的破坏形态,根据试验数据得出各试件的轴压承载力、轴向荷载-应变曲线和内填混凝土的应力-应变曲线,并对各项数据进行分析。结果表明：环向均匀脱空缺陷对方钢管混凝土短柱的初始刚度和破坏形态影响较小,但会显著降低其轴压承载力;增大试件套箍系数对内填混凝土的峰值应力影响不大,但可有效延缓内填混凝土的应力退化速率,并减小环向均匀脱空缺陷对方钢管混凝土柱轴压承载力的负面影响;环向均匀脱空率为0.2%时,环向均匀缺陷会导致内填混凝土的峰值应力降低12%左右。     

基于弹性变形理论的钢管混凝土短柱承载力计算理论研究

为解决工程中得到广泛应用的钢管混凝土结构承载力计算问题,在总结分析已有钢管混凝土短柱承载力计算理论的基础上,利用弹性变形理论,推导出了钢管混凝土短柱极限承载力计算公式,利用推导得出的计算公式,对混凝土的泊松比趋近于零、混凝土的弹性模量趋近于零、钢管和混凝土的弹性模量和泊松比都相等、钢管和混凝土的泊松比相等而其弹性模量不等、钢管混凝土短柱端面上混凝土凸出或凹进的影响等六种条件下,钢管混凝土结构的承载情况进行了分析.