方鋼管混凝土柱軸心受壓承載力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究

方鋼管混凝土軸心受壓柱的鋼管和混凝土材料的受力狀態(tài)復(fù)雜,各種因素對極限承載力的影響難以獨立地精確描述.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)和非線性映射,可找到輸入、輸出變量之間的關(guān)系,因此適用于極限承載力的預(yù)測.以現(xiàn)有的方鋼管混凝土柱軸心受壓試驗數(shù)據(jù)為樣本,訓(xùn)練了一個三層的bp網(wǎng)絡(luò)模型,建立了預(yù)測軸心受壓方鋼管混凝土柱極限承載力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.對8組實驗數(shù)據(jù)進行預(yù)測的結(jié)果表明:預(yù)測值與試驗值吻合良好,精度較高,該方法可作為實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種輔助手段.

研究了雙鋼管混凝土柱耐火承載力以及火災(zāi)后的剩余承載力。通過選取合適的鋼材與混凝土熱工性能模型,在有限元程序中模擬了iso-834標準火災(zāi)升溫曲線下雙鋼管混凝土柱的截面升溫過程,得出了截面溫度場分布以及不同部位的升溫過程曲線。在此基礎(chǔ)上結(jié)合鋼管、混凝土高溫下以及高溫后的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型分別對高溫下與高溫后軸心受壓雙鋼管混凝土短柱進行了受力全過程數(shù)值分析,得到了高溫下(后)軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的受力特點。

應(yīng)用第四強度理論和三向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土破壞準則推導(dǎo)出了約束鋼管混凝土柱軸心受壓的極限承載力計算公式,并分析了工作機理。算例表明,在鋼管混凝土柱的外圍設(shè)置橫向約束件可以提高鋼管混凝土柱的承載力。推導(dǎo)出的計算公式為約束鋼管混凝土柱的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

方鋼管混凝土柱軸壓力學(xué)性能的試驗研究——介紹了包括空鋼管柱、混凝土鋼管柱、配筋混凝土鋼管柱及鋼筋混凝土柱在內(nèi)共36個試件的軸心受壓試驗情況．討論了鋼管的寬厚比、混凝土強度、配筋率等參數(shù)對極限承載力和延性等力學(xué)性能的影響．對混凝土填充鋼管柱和鋼筋...

方鋼管混凝土柱的設(shè)計方法研究現(xiàn)狀——隨著高強高性能混凝土的不斷發(fā)展，鋼與混凝十的組合結(jié)構(gòu)得到了大量應(yīng)用。作為重載柱設(shè)計的一種新模式，方鋼管一混凝土柱也得到了較為廣泛的研究，本文從理論分析和試驗研究兩個方面總結(jié)了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。

本文采用有限元分析軟件abaqus建立了9根方鋼管混凝土柱的有限元分析模型,對模型在軸壓力作用下的承載力進行了數(shù)值模擬,考慮了影響試件軸壓承載力的主要因素,包括:軸壓比、鋼板強度和混凝土強度。研究結(jié)果表明:隨著混凝土強度的增加,試件屈服荷載和峰值承載力均有明顯提高；但隨著軸壓比的增加,承載力反而會降低；隨著鋼板強度等級的增加,屈服荷載幾乎保持不變。因此提高方鋼管混凝土柱承載力最有效的辦法是提高混凝土強度等級。

帶肋方鋼管混凝土柱偏心受壓試驗研究——以長細比和偏心率為主要變化參數(shù)，設(shè)計了6根帶肋和6根無肋方鋼管混凝土試件，對其進行了偏心受壓的試驗研究。試驗結(jié)果表明，所有試件都最終由于失穩(wěn)而破壞；試件長細比和偏心率越大，其剛度和極限荷載越小，偏心率對極限...

以長細比和偏心率為主要變化參數(shù),設(shè)計了6根帶肋和6根無肋方鋼管混凝土試件,對其進行了偏心受壓的試驗研究。試驗結(jié)果表明,所有試件都最終由于失穩(wěn)而破壞;試件長細比和偏心率越大,其剛度和極限荷載越小,偏心率對極限荷載的影響更為顯著;試件偏心率越大,后期延性越好;加載初期試件中截面變形符合平截面假設(shè);設(shè)置加勁肋能有效延緩管壁局部屈曲的發(fā)展,能提高試件的極限荷載和后期延性。

針對方鋼管混凝土偏心受壓柱鋼管和混凝土材料受力狀態(tài)復(fù)雜,各種因素對極限承載力的影響難以獨立精確描述的問題,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)和非線性映射,可找到輸入、輸出變量之間的關(guān)系,建立了預(yù)測鋼管混凝土極限承載力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.以現(xiàn)有的方鋼管偏心受壓柱試驗數(shù)據(jù)為樣本,訓(xùn)練了一個四層bp網(wǎng)絡(luò)模型,用模型計算了偏心受壓方鋼管混凝土柱的極限承載力.對6組實驗數(shù)據(jù)進行了預(yù)測,結(jié)果表明,預(yù)測值與試驗值吻合良好,精度較高.該方法可作為實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種輔助手段,對鋼管混凝土偏心短柱進行承載力計算.

基于隔板貫通節(jié)點在地震作用下的破壞調(diào)查結(jié)果,提出了一種改善鋼梁翼緣與隔板連接處受力性能的新型節(jié)點——倒角放坡型隔板貫通節(jié)點。對7個十字形節(jié)點試件進行了靜力拉伸試驗,研究了隔板貫通式連接中方鋼管混凝土柱與鋼梁受拉翼緣的連接性能,分析了鋼梁翼緣與隔板連接構(gòu)造以及澆注孔直徑、隔板厚度、鋼管的寬厚比等參數(shù)對節(jié)點局部受拉承載力的影響,并將試驗得到的承載力與規(guī)程公式計算結(jié)果進行了比較。研究結(jié)果表明:倒角放坡型隔板貫通節(jié)點具有較好的承載力和延性;影響節(jié)點承載力的主要因素是隔板的厚度、澆注孔徑和鋼管的寬厚比,在鋼管中填充混凝土有利于提高節(jié)點的屈服承載力和剛度;對于填充混凝土的試件,采用公式計算節(jié)點承載力偏于保守。

為研究方鋼管混凝土柱與鋼梁受拉翼緣連接的結(jié)構(gòu)性能,對新型節(jié)點-外肋環(huán)板節(jié)點梁翼緣受拉模型的傳力機理進行了分析,提出了基于屈服線理論的節(jié)點承載力計算公式。采用正交試驗法設(shè)計了10個節(jié)點模型試件并進行靜力拉伸試驗,研究了方鋼管混凝土柱與鋼梁翼緣連接的結(jié)構(gòu)性能,介紹了各試件的破壞過程及特征,并對節(jié)點承載力實測值和理論計算值進行了比較分析。研究結(jié)果表明,外肋環(huán)板節(jié)點梁翼緣受拉模型具有較高的承載力和良好的延性,影響節(jié)點承載力的主要因素是豎向肋板的截面尺寸,水平環(huán)板的寬度對節(jié)點的承載力影響不大,但在鋼管中填充混凝土有利于提高節(jié)點的屈服承載力和剛度,理論分析提出的計算公式較好的預(yù)測了節(jié)點模型的屈服承載力。

采用統(tǒng)一強度理論,對方鋼管混凝土短柱的核心混凝土有效約束區(qū)和非有效約束區(qū)進行受力分析,通過方鋼管的寬厚比對方鋼管與核心混凝土間的約束效應(yīng)進行控制,提出了方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計算公式,并對其影響因素進行了分析。然后將其推廣到不同截面形式的鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計算中,將計算值與試驗值進行對比,驗證了公式的合理性。該研究為鋼管混凝土短柱承載力的研究提供了一定的理論依據(jù)。

軸壓比對方鋼管混凝土柱受力性能的影響——以base試件為基礎(chǔ)設(shè)計了3個具有不同軸壓比的zy試件并進行了非線性有限元分析，研究表明柱軸壓比不能太大，把柱的軸壓比控制在0．5以內(nèi)為佳，在方鋼管的底部和底角部存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，對方鋼管的底部應(yīng)加大剛度，柱底...

本文在方鋼管混凝土柱壓彎試驗的基礎(chǔ)上,探討了軸壓比影響柱延性的原因,并推導(dǎo)了試驗軸壓比與設(shè)計軸壓比的換算關(guān)系公式。最后根據(jù)換算關(guān)系公式和試驗數(shù)據(jù),以層間彈塑性位移角作為延性控制指標,提出了方鋼管混凝土框架柱的軸壓比限值,以供設(shè)計參考。

根據(jù)界限破壞狀態(tài)力的平衡條件,推導(dǎo)了方鋼管混凝土軸壓比限值理論計算公式,并提出了簡化的實用計算公式。

根據(jù)試驗和理論研究成果,對方鋼管混凝土柱穿心高強螺栓-端板節(jié)點核心區(qū)的受力機理進行了分析,建立了節(jié)點核心區(qū)的受力模型和屈服機制,推導(dǎo)了節(jié)點核心區(qū)的抗剪承載力計算公式。公式不僅考慮了螺栓和柱軸力對節(jié)點核心區(qū)實際受力狀態(tài)的影響,而且考慮了鋼管對混凝土的約束作用。用推導(dǎo)的公式計算了3個方鋼管混凝土柱穿心高強螺栓-端板節(jié)點試驗?zāi)Ｐ凸?jié)點區(qū)的抗剪承載力,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。

用試驗與數(shù)值計算方法研究了普通方鋼管混凝土柱的軸壓承載能力。設(shè)計了2種復(fù)合截面方鋼管混凝土短柱,與普通方鋼管混凝土短柱做了對比軸壓試驗。試驗結(jié)果表明,在受壓柱變形的過程中,加勁肋有效地抵抗了管壁的屈曲,加肋復(fù)合方鋼管混凝土柱的軸壓承載力有明顯提高。用數(shù)值方法對加肋復(fù)合方鋼管混凝土柱的軸力應(yīng)變?nèi)^程進行了計算。計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好。提出了軸壓承載力的簡化計算方法。加勁肋是提高方鋼管混凝土柱承載力的有效途徑。

鋼骨-方鋼管混凝土柱是一種組合柱設(shè)計模式,采用切線模量理論對該組合柱軸向受壓穩(wěn)定承載力進行分析.以核芯混凝土、方鋼管和鋼骨的應(yīng)力-應(yīng)變模型為基礎(chǔ),通過縱向變形協(xié)調(diào)和內(nèi)外力平衡條件建立組合柱切線模量臨界載荷的計算方法.由于核芯混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變模型包含了方鋼管的約束作用,因此該方法體現(xiàn)了組合柱中鋼與混凝土之間的相互影響.7組軸心受壓鋼骨-方鋼管混凝土長柱和41組方鋼管混凝土長柱的試驗結(jié)果表明,該方法可對軸壓組合柱的穩(wěn)定承載力給出良好預(yù)測.

在反復(fù)荷載作用下,由于累積損傷方鋼管混凝土柱的承載力會顯著退化。本文采用6種不同加載路徑模擬地震作用,考察了初始位移大小、位移幅值增量、單側(cè)或雙側(cè)反復(fù)加載等不同加載路徑對方鋼管混凝土柱承載力退化的影響。分析結(jié)果表明:隨著加載初始位移增加、加載幅值增量減小,方鋼管混凝土承載力退化顯著增加;雙側(cè)加載較單側(cè)加載承載力降低更顯著;使用位移延性系數(shù)無法有效評價加載路徑對構(gòu)件承載力退化的影響;累積延性系數(shù)及有效累積耗能體現(xiàn)了累積滯回耗能對構(gòu)件承載力退化的影響,但不能考慮位移幅值大小對承載力退化的影響。

方鋼管混凝土軸壓短柱承載力影響因素分析——在確定鋼材的本構(gòu)關(guān)系和核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了軸壓荷載下方鋼管混凝土柱的三維非線性有限元分析模型，分析了構(gòu)件的荷載一變形關(guān)系；通過算例分析了鋼材強度、混凝土...

在確定鋼材的本構(gòu)關(guān)系和核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上,采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了軸壓荷載下方鋼管混凝土柱的三維非線性有限元分析模型,分析了構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系;通過算例分析了鋼材強度、混凝土強度、寬厚比和套箍系數(shù)對方鋼管混凝土軸壓短柱荷載-變形關(guān)系曲線的影響。分析結(jié)果表明:混凝土強度等級對構(gòu)件的荷載-變形曲線的形狀影響不大,但隨著混凝土強度的提高,構(gòu)件的承載力有所提高;隨著鋼材強度的提高,構(gòu)件承載力也提高。但承載力提高的百分率隨著鋼材強度的提高而降低。隨著寬厚比的減小,構(gòu)件的承載力提高;套箍系數(shù)對構(gòu)件的承載力有著較大的影響,改變套箍系數(shù)會影響構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系曲線的形狀。

為研究鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力與鋼管的作用,通過理論分析,建立了鋼管約束承載力提高系數(shù)λ與套箍指標、鋼管縱向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的關(guān)系。通過對124根軸心受壓鋼管混凝土短柱試驗結(jié)果的分析,建立了λ與套箍指標和鋼管屈服強度的關(guān)系式,提出了引入λ的鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力計算公式。公式反映了鋼管的直接承載作用和約束作用的大小,計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合良好。