组合截面轴压短柱的非线性有限元分析

圆管或方管内填充另一种工程材料构成的组合截面构件（如钢管混凝土）在工程结构中得到了广泛的应用。本文借助商用有限元分析软件ABAQUS，利用软件子程序接口，引入应力场变量，来考虑两种材料本构关系的非线性以及受力过程中Poisson比、模量的变化等因素，建立了组合截面短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型。并通过数值算例，计算了组合截面短柱在轴心压力作用下两种材料共同受力工作的荷载－变形曲线，与试验结果基本符合，同时得到了管材对核心材料约束的变化规律。     

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。     

Crack Path Selection in Thermally Loaded Borosilicate/Steel Bibeam Specimen

We have developed a novel specimen for studying crack paths in glass. Under certain conditions, the specimen reaches a state where the crack must select between multiple paths satisfying the K _II = 0 condition. This path selection is a simple but challenging benchmark case for both analytical and numerical methods of predicting crack propagation. We document the development of the specimen, using an uncracked and instrumented test case to study the effect of adhesive choice and validate the accuracy of both a simple beam theory model and a finite element model. In addition, we present preliminary fracture test results and provide a comparison to the path predicted by two numerical methods (mesh restructuring and XFEM). The directional stability of the crack path and differences in kink angle predicted by various crack kinking criteria is analyzed with a finite element model.     

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.     

侧向爆炸冲击波加载作用下钢管吸能特性的实验研究

在爆炸冲击波作用下 ,对横卧单、双钢管吸能特性进行了实验研究。得出了影响钢管吸能效果的主要因素是几何尺寸、吸能元件配重的质量、结构形式等 ,且双钢管吸能元件的吸能效果好于单钢管的结论。     

轴心受压H型截面钢柱火灾行为的试验研究

本文对4根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,柱长3300mm。钢柱轴心受压,其中两个限制轴向变形,另两个不限制轴向变形。柱两端采用单向刀口支座,允许钢柱绕强轴转动。钢柱试验中考虑荷载大小和是否限制轴向变形两个因素。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向变形随温度变化情况。试验证明:钢柱受火时,轴向变形明显的分为膨胀阶段和压缩阶段。压缩阶段很短,一旦进入压缩阶段,钢柱很快破坏。钢柱受到的外加荷载越大,其极限温度越低。限制轴向变形的钢柱极限温度降低。试验研究为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

外包角钢加固钢筋混凝土柱轴心受压承载力计算方法研究

外包角钢加固混凝土柱轴心受压试验研究结果表明,外包角钢一方面直接参与承受轴向压力,另一方面与缀板形成钢骨架体系约束内部混凝土,从而提高了被加固柱的极限承载力和延性.在试验研究的基础上,分析了角钢和混凝土的受力状态.采用极值法和简化法两种计算角钢加固混凝土柱轴心受压承载力的计算方法,考虑到角钢体系对混凝土的约束作用,将核心混凝土划分为双轴受压区及三轴受压区,其计算结果与试验结果吻合较好.本文所提出的简化计算方法计算简便,可为工程应用提供参考.     

腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢柱试验研究

为了解腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对8根短柱和中长柱进行了轴心受压试验研究。在试验之前首先用有限条和有限元方法对柱试件进行了详细的设计,以确保发生畸变屈曲失效。柱受压试验结果发现：所有试件均发生畸变屈曲失效破坏,同时在峰值荷载时中长柱试件有绕弱轴的弯曲产生,畸变屈曲和局部屈曲一样也有一定的屈曲后强度。在总结分析现有国内外规范计算理论的基础上,提出了基于直接强度法设计腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力的计算方法。采用该建议方法计算所得结果与试验值和参数分析值吻合较好,其设计过程简便且安全可靠。     

火灾下防火涂料破损后约束柱的稳定承载力

为考察地震破坏防火涂料后钢柱的抗火性能,根据势能驻值原理推导了约束钢柱两端防火涂料破损后稳定承载力计算方法.分别讨论了防火涂料的破损长度、钢柱的升温以及端部转动约束刚度对稳定承载力的影响.结果表明:破损长度对约束柱稳定承载力影响较大;温度较低时,温度对稳定承载力影响不大,而端部约束刚度对稳定承载力影响较大,温度超过500℃以后,温度对稳定承载力有较大影响,而转动约束刚度对稳定承载力影响变小.     

外包钢轴压短柱的试验研究与性能分析

本文简要地介绍了外包钢混凝土组合结构的特点和研究意义，并在试验的基础上，对混凝土标号、纵向配筋率及配箍间距对柱的工作性能的影响进行了研究，最后与钢筋混凝土柱进行了对比，发现二者的力学性能基本相同     

冷弯厚壁矩形型钢板材力学性能分析

为了对冷弯厚壁型钢管的生产工艺改进、产品性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供依据,从母材性能分析入手,针对两批断面规格为200×300×9.2的冷弯厚壁矩形型钢管,对从辊式冷弯成型过程中长型材上截取的平板试件、弯角试件的力学性能进行了测试。在此基础上,结合冷弯生产工艺和母材性能,对平板、弯角试件力学性能随冷弯道次的变化规律作了较详细的讨论和分析,并将本文实测值与相关文献中厚壁型钢的冷作硬化效应作了对比。结果表明:型钢全截面上平板件的性能分布极不均匀,竖直配辊冷弯厚壁矩形钢管时,两竖直侧平板件强度低于母材;板材冷作硬化效应主要取决于母材的强度、伸长率和强屈比,其中强屈比对型钢的冷作硬化效应影响最大;为了改善冷弯型钢性能,还应保证热轧板带的质量。     

矩形中空夹层再生混凝土钢管短柱轴压试验研究

以截面形式、截面长宽比和混凝土类型为参数共设计了8根矩形中空夹层钢管混凝土试件,对其进行轴压实验并对其破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线及外钢管横向应变发展规律进行分析。其中截面形式包括矩形套矩形和矩形套圆形两种,截面长宽比分别为1.25和1.5,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:对于截面形式相同的试件,长宽比较大者极限承载力更小,且其长边横向应变发展更快;对于长宽比相同的试件,矩形套矩形截面的试件长边横向应变发展比矩形套圆形截面的更快;混凝土类型对试件的极限承载力和破坏形态影响不大。最后运用有限元软件ABAQUS对8根短柱的轴压全过程进行模拟,并将有限元计算得到荷载-纵向应变曲线与实验实测曲线进行对比,两者吻合较好且互相验证。     

纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法

以均布荷载下的抛物线钢管拱为研究对象,在考虑双重非线性的有限元分析基础上,讨论了完善拱和有初始几何缺陷的拱的弹性失稳和弹塑性失稳的特性,提出纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法.分析结果表明,矢跨比是计算拱临界荷载的重要影响因素,而现有等效柱法中没有考虑这一因素的影响,为此,提出等效柱的稳定系数中考虑矢跨比影响的计算方法.有初始几何缺陷的拱将发生极值点失稳,且极值点荷载要小于分支屈曲临界荷载,为此提出缺陷拱等效柱法考虑缺陷影响的计算方法.给出了钢管拱失稳临界荷载等效柱法计算的相应公式和实用表格.与双重非线性有限元计算结果对比表明,提出的等效柱法能方便且较精确地估算钢管拱的非线性临界荷载.     

泊松比对钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

主要研究在几何和材料双非线性影响下,分析大跨度钢管混凝土拱桥钢管内混凝土泊松比变化对桥梁极限承载力的影响.。以某桥为背景,利用ansys程序进行三维有限元仿真分析,在考虑混凝土泊松比变化情况下,逐步改变核心混凝土泊松比直至结构破坏,并与不考虑混凝土泊松比变化的情况相比较,以考察核心混凝土泊松比变化对桥梁极限承载力影响程度,得出在对拱桥的极限承载力分析时,考虑钢管对核心混凝土的套箍作用,可使极限承载力比不考虑混凝土泊松比变化时的计算值高出10%。     

型钢再生混凝土组合柱水平承载力试验及计算方法研究

基于17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验,分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率以及剪跨比对组合柱水平承载力的影响规律。通过实测型钢腹板与翼缘,箍筋及纵筋的荷载-应变曲线,并结合组合柱的破坏形态特征,分析了型钢再生混凝土组合柱在水平荷载作用下的破坏机理。在此基础上,分别推导了型钢再生混凝土组合柱发生剪切斜压破坏和弯曲破坏时的理论计算公式。为了便于计算,本文提出了型钢再生混凝土组合柱水平承载力实用计算公式。结果表明,组合柱的计算水平承载力与试验值吻合较好,满足计算要求。上述研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。     

基于等效刚度的矩形孔蜂窝梁钢框架结构内力计算方法

蜂窝梁钢框架结构因梁截面沿长度周期性变化,不能直接采用普通钢框架结构矩阵位移法计算框架内力和位移．本文基于等效刚度法推导了矩形孔蜂窝梁的等效抗弯刚度、抗剪刚度和轴向刚度,建立了矩形孔蜂窝梁的单元刚度方程,提出了矩形孔蜂窝梁钢框架内力和位移计算方法．算例理论计算结果与有限元分析结果表明,两种方法计算结果非常接近．本文提出的等效刚度法概念清晰,准确性好,适用于计算蜂窝梁钢框架结构的内力和位移．     

双轴对称截面薄壁圆弧曲梁的弹性稳定平衡方程

基于薄壁构件分析的基本假定,采用双轴对称截面薄壁圆弧曲梁的精确翘曲位移表达式,导出了曲梁考虑几何非线性情况下的总势能,根据欧拉公式得到了曲梁的稳定平衡方程。推导中采用横截面线性和非线性总应变为零的假定,从而无需考虑横向应力的影响,对应变高阶项采用合理的简化处理,使理论推导过程简单明了。在理论推导的基础上分析了简支拱在均布径向荷载和两端等弯矩荷载作用下的平面内和平面外屈曲问题,并与其他研究者的结果进行了比较,追溯了各理论结果存在差别的根源,论证了本文理论推导过程的合理性。使用通用有限元软件ANSYS进行了模拟,与本文的分析结果一致,证明了所得公式的正确性。通过一些无碍结果的近似使所得公式形式简洁,便于在工程中应用。     

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。     

Two instructive instabilities in non-linear elasticity: Biaxially loaded membrane,and rubber balloons

Elastic bodies buckle under compressive loads, i.e. solutions become non-unique, they bifurcate and the body becomes unstable. Similar phenomena occur in tension as is evidenced here by the symmetric biaxial loading of a square membrane. Symmetry breaking removes the non-uniqueness. Under non-symmetric loading the load-deformation curves become non-monotone, consequently a hysteresis occurs which is the reflection of a fold-type catastrophy. This instructive instability was discovered by Kearsley [1]. Here we investigate it more fully and present some additional aspects.Balloons have non-monotone pressure-radius relations which suggest non-trivial stability properties. A stability analysis is presented for two interconnected balloons. In this we follow — and expand on — the analyses presented by Dreyer et al. [2] and Kitsche et al. [3].General Invited Lecture presented at AIMETA '95 — 12th Congress of the Italian Association of Theoretical and Applied Mechanics, Napoli, 3–6 October, 1995.     

阶梯式矩形板的振动

用奇异函数建立阶梯式矩形板自由振动和强迫振动的微分方程并求得其通解，用Ｗ算子给出振型函数的表达式及常见支承条件下板的频率方程，本文解可用于多种边界条件的板。