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。     

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型，用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明，计算结果较为精确，该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知，损伤方钢管混凝土框架结构加固后，具有较好的抗震性能。     

基于应变模态差的海洋平台构件的损伤识别研究

对于具有一定损伤的导管式海洋平台钢管梁来说,实验模态分析得到的位移模态和固有频率难以有效的反应结构损伤的实际状况,特别是对早期的轻微损伤。为了提高损伤识别的效率和效果,根据海洋平台钢管梁架的受力特点,由节点位移模态推到出节点应变模态。然后利用损伤前后的应变模态差作为损伤识别的指标。将这个指标用在海洋平台钢梁构件焊缝和跨中单元的损伤识别上。通过建立钢管梁焊缝损伤的ANSYS模型,进行数据模拟分析,该方法能够在低阶模态条件下,有效的识别早期的轻微损伤。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析北大核心CSCD

为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型,以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数,设计并制作了6个试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。结果表明:试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎。试件的滞回曲线比较饱满,且稳定性良好。建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好,建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。     

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。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析

为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型,以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数,设计并制作了6个试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。结果表明:试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎。试件的滞回曲线比较饱满,且稳定性良好。建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好,建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。     

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。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析北大核心CSCD

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

大型海洋平台基础结构有限元分析

某大型海洋平台基础采用平台板 桩基础组合形式,承台面为椭圆形,台面尺寸为147.6m×99.0 m,平台板为混凝土板和钢梁组成的叠合梁板结构.该工程地处世界三大强潮海湾之一,所受荷载与当地地质条件均较复杂.介绍了应用有限元对其进行结构分析的实施方法及过程,采用弹性抗力法考虑了桩-土共同作用,重点探讨了钢梁加混凝土厚板组成的叠合梁的有限元模拟方法.通过对比分析,提出了计算结果精度高、可操作性强的叠合梁有限元模拟方案.有限元分析结果表明,该平台钢管混凝土桩与钢梁均满足材料强度要求,但在施工阶段,桩内存在拉力.     

钢管混凝土桥墩动力时程分析及累积损伤评估

为了研究钢管混凝土桥墩的抗震性能并评估桥墩在地震作用下的累积损伤,对比分析了不同累积损伤模型的差异性,提出了一种基于损伤指标的钢管混凝土桥墩地震累积损伤评估方法。基于纤维截面模型,对某钢管混凝土桥墩在不同地震动强度下进行了横桥向动力时程分析,并从概率角度对桥墩的累积损伤进行评估。结果表明:对于抗震设防烈度为7度的桥墩,在相当于7度E1地震作用下处于基本完好状态,在相当于7度E2地震作用下没有发生严重破坏或失效破坏,在两种超罕遇地震作用下的失效概率分别为15.7%和27.14%,满足抗震设防要求。研究结果可为实际工程中钢管混凝土桥墩的抗震性能评估提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算

侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生绣蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使用。以锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面为研究对象,在分析锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪强度影响的基础上,提出了集中荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁抗剪强度的计算模型,应用拉压杆模型对锈蚀梁的受剪承载力进行了计算,并通过75根锈蚀梁的试验结果对建议计算模型进行验证。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受剪承载力试验值与计算值之比的平均值为1.226,方差为0.028,试验值与理论值的相关性系数为0.968,建议模型抗剪强度预测值与试验结果吻合较好。     

地震荷载作用下沉管地基砂垫层液化的可能性

以广州仑头—生物岛沉管隧道为背景,采用二维动力有限元模拟方法,分析了地震荷载作用下沉管隧道地基的动力响应,得到了地震荷载作用下地基土的动剪应力分布;通过对试验资料的分析,得到了沉管隧道地基砂垫层的抗液化剪应力,以此分析了沉管隧道地基土在地震荷载作用下的液化可能性,并提出了相应的抗液化措施,可供沉管隧道的抗震设计参考。     

钢管混凝土输电塔地震易损性研究∗

钢管混凝土输电塔,由于混凝土与钢管相互作用,使得其地震易损性不同于普通混凝土输电塔。为了对比研究它们的地震易损性区别,从材料本构模型层面考虑钢管与核心混凝土的相互作用,使用有限元软件OpenSees 建立钢管混凝土输电塔模型,对其进行结构响应分析,并进一步采用增量动力分析方法绘制输电塔在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震时的易损性曲线,定量分析出地震的第一周期谱加速度对于钢管混凝土输电塔失效概率的影响,同时与普通输电塔的地震易损性结果进行对比。研究结果表明：钢管混凝土输电塔在多遇、设防、罕遇、极罕遇地震作用下均不易发生严重破坏和倒塌,钢管混凝土输电塔出现倒塌时的Sa ( T1 ) 多位于1.0g~1.4g;随着地震强度的增加,钢管混凝土输电塔相较于普通输电塔的抗震性能更差。     

钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能与设计方法

进行了8个钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能试验研究,包括3个圆形钢管约束型钢混凝土柱、3个方形钢管约束型钢混凝土柱和2个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,相同用钢量条件下,钢管约束型钢混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱和型钢混凝土对比试件都发生了明显的粘结破坏;因此在设计中应在型钢的翼缘外侧设置抗剪连接件。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立了钢管约束型钢混凝土柱的抗剪承载力公式,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。     

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。     

非均质软基上桶形基础承载性能有限元分析

作为海洋平台的基础部分,桶形基础不仅承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及力矩等其它荷载分量的作用.因此,确定软基上桶形基础在竖向荷载(V)、水平荷载(H)和力矩(M)等共同作用下的承载特性,建立其在复合加载模式下的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性,是...     

轻型方钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验研究

进行了6个方形截面轻型钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验,分析了混凝土材料类型,钢管壁厚及填充再生混凝土等参数对试件承载力,荷载-变形关系、荷载-应变关系、耗能及破坏形态的影响。研究结果表明:轻型方钢管再生混凝土柱轴压破坏时未发生明显弯曲破坏;在空钢管试件中填充再生混凝土可有效提高结构承载力和延性能力,但随着再生骨料取代量的提高,提高效果有所降低;轻型方钢管再生混凝土柱具有良好的承载力和延性,可应用于实际工程。     

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。