小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为∗

近年来钢筋混凝土(RC)墩柱遭受车船撞击的风险日益增加,且车船撞击一般发生在RC 柱靠近地面或底部承台的位置,导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用,其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC 柱的剪切损伤机理以及钢管对RC 柱抗剪性能的增强效果,使用大型刚性摆锤装置分别对1 根RC 柱、内置钢管增强RC 柱和外置钢管增强RC 柱进行了侧向冲击试验,考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明：RC 柱在承受两次冲击后发生剪切破坏,而两个钢管增强RC 柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态,即钢管可有效提升RC 柱的抗冲击性能;在相同截面配钢率下,外置钢管增强RC 柱相比内置钢管增强RC 柱整体上具有更强的抗冲击性能,但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤;由于外置钢管RC 柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度,其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。     

火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能——数值模拟

基于ABAQUS软件进行了外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱力学性能的数值模拟,分别建立了受火钢筋混凝土构件的温度场分析模型及加固后构件的三维单元力学分析模型。探讨了钢管屈服强度、名义含钢率、新修复混凝土强度等对外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱承载力、刚度及延性的影响规律。结果表明:火灾后钢筋混凝土柱的承载力和刚度都会明显降低,采用外包钢管可对受损伤的钢筋混凝土柱进行修复加固,加固后组合柱受力性能将得到大大改善。分析结果可为有关工程应用提供参考。     

相对两面受火下钢管混凝土叠合柱力学性能分析

为研究钢管混凝土叠合柱在偏心荷载和相对两面火灾共同作用下的耐火性能，文中基于ABAQUS有限元软件，采用热力顺序耦合的方法，分别建立了叠合柱温度场模型和力学分析模型，并用已有试验数据进行验证。利用数值模型对钢管混凝土叠合柱在相对两面火灾作用下的温度场变化、破坏形态和内力重分布等力学性能进行分析；基于参数分析结果，给出了钢管混凝土叠合柱在相对两面受火下耐火极限的简化计算公式。研究结果表明：叠合柱在相对两面受火下达到耐火极限时，叠合柱的破坏类型为整体弯曲破坏，温度场呈双轴对称分布；荷载比、长细比、核心面积比、含钢率、外围混凝土强度和截面尺寸是影响钢管混凝土叠合柱耐火极限的主要因素。     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土轴压短柱承载力——试验研究

钢骨-钢管混凝土柱是一种新型重载柱。首次进行了考虑支座影响的钢骨-钢管自密实高强混凝土短柱轴压试验,对其力学性能进行了研究。讨论了影响组合柱受力性能的主要因素,包括套箍系数、配骨指标和混凝土强度等,给出了组合柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明:由于钢管、钢骨和核心混凝土的协同工作,钢骨-钢管自密实高强混凝土柱具有很高的承载力和很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明:1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

基于ABAQUS的钢管活性粉末混凝土短柱轴压受力性能研究

基于ABAQUS工作平台,建立已完成的钢管活性粉末混凝土(RPC)短柱试验试件的有限元模型,对其轴压荷载作用下的受力性能进行分析,将数值计算所得破坏形态、荷载—应变曲线、极限承载力与试验结果进行对比,两者吻合较好。基于此,进一步对钢管和RPC应力—应变曲线进行分析,探讨钢材强度、含钢率和RPC强度对柱轴压性能的影响。结果表明:随着钢材强度和含钢率增加,短柱的极限承载力和残余承载力提高,延性性能改善;RPC强度增加时,试件的极限承载力提高而残余承载力变化不大。最后,根据极限平衡理论建立短柱轴压承载力计算公式,其在0.18ξ2.62范围内适用性较好,可为工程设计提供参考。     

飞机模型撞击SC靶板的数值模拟分析∗

相对于钢筋混凝土(RC),钢板混凝土(SC)结构由于其优异的抗冲击性能和密闭性能,越来越多地应用于核电站安全壳结构中。基于有限元程序LS-DYNA对1/7.5缩尺飞机模型撞击SC靶板实验进行数值模拟,分别采用KC、Winfrith和CSCM三种模型描述混凝土材料,通过详细对比飞机模型撞击过程和速度衰减时程、靶板损伤和最大挠度以及引擎破坏的实验数据和数值仿真结果,验证了Winfrith模型的适用性。进一步讨论了撞击速度、钢板厚度、混凝土强度和栓钉强度对飞机模型速度时程和靶板破坏的影响。结果表明钢板厚度和栓钉强度对SC结构抗飞机撞击性能影响较大,而混凝土强度影响较小。相关结论可为飞机撞击下核安全壳的损伤破坏分析与结构设计提供一定的参考。     

桁架式SRC梁组合框架节点耗能性能及损伤分析

通过6个桁架式钢骨混凝土框架梁组合节点在反复荷载作用下的试验,对该新型桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱组合节点的破坏过程、滞回性能、耗能能力等进行了分析,建立了基于最大变形和累积耗能的非线性组合的节点地震损伤模型,探讨了桁架式钢骨混凝土框架梁组合节点累积损伤的发展过程和发育规律。通过由损伤模型计算得到的破损结果及各试件损伤对比分析,讨论了含钢率、轴压比及交叉腹杆对节点损伤发展的影响。结果表明:加载后期,轴压比大、含钢率高或交叉腹杆强的节点具有更大的损伤值。     

受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。     

侧向冲击下CFRP缠绕加固RC悬臂柱动态响应的有限元分析

文中基于LS-DYNA软件对侧向冲击下碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕加固钢筋混凝土(RC)悬臂柱进行了有限元模拟,在与文献试验结果对比验证基础上开展了参数化分析,重点考察了柱轴压比、CFRP层数、冲击速度及冲击质量等参数对柱动态响应的影响规律。研究结果表明：(1)低轴压比0～0.2对CFRP加固柱的损伤形态、冲击力第一峰值和侧向位移的影响较小;(2)增加CFRP层数可减小RC柱的剪切损伤程度和侧向位移;(3)相比冲击质量,冲击速度对CFRP加固柱的冲击力第一峰值和侧向位移的影响更大;(4)在相同冲击能量下,增加冲击质量会引起侧向位移的增加与冲击力第一峰值的下降。     

多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展∗

钢管混凝土因其优良的力学性能被广泛应用于工程结构中,而实际工程中,钢管混凝土柱并非承受单一荷载,也可能同时遭受腐蚀、冻融、火灾、撞击和地震等多重灾害的耦合作用。为进一步了解多灾耦合作用下钢管混凝土柱受力性质的改变,分析耦合作用机理,避免相关作用对结构长期使用下性能的影响,围绕国内外钢管混凝土研究进展,对钢管混凝土柱在耦合作用下的承载性能进行总结和分析,为相关研究和实际工程应用提供参考。研究结果表明,钢管混凝土柱具有良好受压和抗冲击性能,但抵抗腐蚀、冻融循环和火灾的能力稍弱;在多灾耦合作用下,钢管混凝土柱的各项承载性能表现出不同程度的退化,包括承载力、刚度、延性等;在腐蚀(火灾)?地震耦合作用下,试件的抗震性能存在轻微下降,但滞回曲线较为饱满,整体抗震性能良好;在压?弯?剪(扭)复合荷载作用下, 轴压比和剪跨比对钢管混凝土柱的破坏形态和承载性能影响较为显著。虽然有关钢管混凝土的研究取得了丰硕的研究成果,但在足尺试件性能、标准试验方法和精细化分析模型等方面的研究还有待加强。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

三面受火的方钢管混凝土柱耐火极限

编制了预测方钢管混凝土柱三面火灾作用下高温反应的数值分析程序,并将之用于不同荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及含钢率共480种工况下方钢管混凝土柱耐火极限参数分析,得到了三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数及其影响规律。基于参数分析结果,定量给出了该受火条件下方钢管混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。由于存在极强偏心,当荷载作用点偏于背火面时荷载偏心率亦有较大影响。     

常温及火灾后自应力轻骨料钢管混凝土柱轴压力学性能试验研究

自应力钢管陶粒混凝土不仅具有轻质、高强的特点,并可弥补轻集料混凝土因弹性模量较小而导致钢管约束不足的缺陷。本文通过对4组12根受火后的钢管自应力陶粒混凝土短柱及9根未受火钢管混凝土短柱受力性能的对比试验,分析了不同参数的钢管自应力陶粒混凝土短柱火灾后轴压承载力和破坏形态。重点讨论了试件的自应力大小(膨胀剂掺量)、含钢率及受火条件等因素对钢管自应力陶粒混凝土短柱火灾后轴压承载力及相关力学性能的影响。结果表明,自应力大小对钢管陶粒混凝土短柱火灾后轴压承载力的影响与试件含钢率有关,且初始自应力对含钢率相对较低试件的火灾后轴压性能的改善效果更加显著;试件含钢率越高,轴压力作用下的火灾后钢管自应力陶粒混凝土短柱的延性则越好。膨胀剂掺量为51 kg/m3(P2型)的试件,无论受火温度为700℃还是900℃,其火灾后的线弹性刚度受试件含钢率影响的规律基本一致。