薄壁方钢管再生混合短柱轴压性能试验研究

通过16个薄壁方钢管再生混合短柱的轴压试验,研究废弃混凝土取代率、新旧混凝土强度差、钢管壁厚等因素对试件轴压性能的影响;基于新、旧混凝土的组合强度,对比分析国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性。研究结果表明：与全现浇薄壁方钢管混凝土短柱相比,薄壁方钢管再生混合短柱的钢管屈服较早,废弃混凝土取代率越大钢管屈服越早;薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力总体呈现出随废弃混凝土取代率增加逐渐降低的趋势,降低幅度大于薄壁圆钢管再生混合短柱;当新、旧混凝土抗压强度相近时,取代率在20%~33%范围内变化对薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力影响有限;为使再生混合短柱具有与全现浇短柱相近的安全性,建议对根据现行设计标准计算得到的薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力乘以调整系数0.9。     

Tests on axial behavior of stub square thin-walled steel tubular columns filled with demolished concrete blocks

通过16个薄壁方钢管再生混合短柱的轴压试验,研究废弃混凝土取代率、新旧混凝土强度差、钢管壁厚等因素对试件轴压性能的影响;基于新、旧混凝土的组合强度,对比分析国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性。研究结果表明：与全现浇薄壁方钢管混凝土短柱相比,薄壁方钢管再生混合短柱的钢管屈服较早,废弃混凝土取代率越大钢管屈服越早;薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力总体呈现出随废弃混凝土取代率增加逐渐降低的趋势,降低幅度大于薄壁圆钢管再生混合短柱;当新、旧混凝土抗压强度相近时,取代率在20%～33%范围内变化对薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力影响有限;为使再生混合短柱具有与全现浇短柱相近的安全性,建议对根据现行设计标准计算得到的薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力乘以调整系数0.9。     

方钢管再生混凝土中长柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土中长柱的抗震性能,对6根试件进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验。研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震性能的影响,分析各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、耗能能力和刚度退化过程。结果表明:钢管壁厚为3.83~5.93 mm时,滞回曲线饱满,延性系数为2.61~3.41,等效黏滞阻尼比为0.361~0.415,变形能力和耗能能力较好;随着钢管壁厚增加,试件的变形、耗能能力和水平承载力提高;随着长细比增大,变形能力和耗能能力有所提高,而水平承载力明显降低;随着轴压比提高,水平承载力稍有提高,而变形能力减小;当轴压比为0.4时,方钢管再生混凝土中长柱的极限位移角达1/28.7,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求。     

薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验研究

通过36根薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验,考察废弃混凝土混合比、钢管壁厚、荷载偏心距等因素对试件受压性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构设计标准,对试件的受压承载力进行计算对比。试验和分析结果发现:①采用25%或40%的废弃混凝土替换新混凝土后,钢管再生混合中长柱的受压承载力分别比全现浇钢管混凝土中长柱降低5.77%～9.71%和10.65%～15.63%,但前者的初始刚度、屈服性能和延性特征与后者基本相当;②为使钢管再生混合中长柱的计算受压承载力具有与全现浇钢管混凝土中长柱相近的安全性,可对前者计算结果乘以调整系数0.95;③总体来看,设计标准DBJ 13-51-2003和ANSI/AISC 360-05对轴压试件受压承载力的预测结果相对较好,JCJ 01-89对偏压试件受压承载力的预测结果相对较好。研究表明,薄壁圆钢管柱内放置废弃混凝土块体是废弃混凝土循环利用的一条有效途径。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,采用正交设计方法设计并制作了9个试件,并对其进行拟静力试验。考虑钢管壁厚、再生骨料取代率和轴压比3个变化参数,观察试件加载全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:方钢管再生混凝土柱试件破坏过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱类似,主要表现为柱底钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,试件的变形性能良好;再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的位移延性系数影响较小,主要受钢管壁厚及轴压比的影响;加载完成后,各试件的等效黏滞阻尼系数达到0.2以上,表现出良好的耗能能力;试件刚度主要受钢管壁厚和轴压比的影响,再生骨料置换率对试件刚度的影响不大;三线型的P-Δ骨架曲线模型无量纲化后,试验数据有较好的规律。     

薄壁钢管再生混合短柱轴压性能试验研究

通过20个薄壁钢管再生混合短柱的轴压试验,分析了废弃混凝土类型、废弃混凝土混合比、新旧混凝土强度差等因素对试件荷载-变形曲线的影响。对比分析了国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性;在横截面积和用钢量相同的情况下,对比了钢筋混凝土短柱与试件的轴压承载力。研究表明：混合比相近时,节段型钢管再生混合短柱的轴压承载力大于块体型钢管再生混合短柱;块体型钢管再生混合短柱的混合比在25%～35%之间变化时,其轴压承载力变化不大;节段型钢管再生混合短柱的混合比在35%～50%之间变化时,其轴压承载力变化不大;强度差小于15MPa时,块体型和节段型钢管再生混合短柱在上述各自混合比范围内,具有与全现浇钢管混凝土短柱相近的轴压承载力。     

方钢管再生混凝土柱滞回特性的试验研究

根据6根方钢管再生混凝土柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的试验结果,探讨了钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件滞回性能的影响。试验表明:各试件的滞回曲线形状大致相同,滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能。在试验研究基础上,分析了实测滞回曲线特征,对试验结果进行回归分析,建立了恢复力模型的三折线骨架曲线方程,确定了卸载刚度、强度退化规律和恢复力模型的滞回规则,建立了方钢管再生混凝土柱水平侧向力-位移恢复力模型,试件的计算滞回曲线和骨架曲线与试验实测曲线吻合良好。     

薄壁钢管再生混合柱的抗剪性能试验

通过27根薄壁钢管再生混合柱的剪切试验,考察废弃混凝土类型、废弃混凝土混合比、轴压比、剪跨比等因素对试件荷载-变形曲线和极限抗剪承载力的影响趋势。通过与试验数据对比,考察现有相关公式预测试件受剪承载力的有效性。基于试验结果,提出薄壁钢管再生混合柱的受剪承载力计算公式。研究表明:随着混合比增大,钢管再生混合柱的极限抗剪承载力总体呈现出逐渐降低的趋势;节段型钢管再生混合柱相比于块体型钢管再生混合柱具有更高的极限抗剪承载力;利用厚壁钢管混凝土柱公式计算得到的薄壁钢管再生混合柱的受剪承载力,总体上小于试验实测值。     

外置薄钢板再生混合墙抗震性能试验研究

通过7片外置薄钢板再生混合墙的拟静力试验研究,分析了废弃混凝土混合比、钢板厚度、轴压比、横隔板间距、高宽比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,对试件的水平承载力进行了近似计算分析,并在总用钢量基本一致的情况下,与钢筋混凝土墙的水平承载力进行对比。研究结果表明：废弃混凝土混合比在0~33%之间变化对试件的初始刚度、水平承载力、破坏位移角、耗能能力、滞回曲线形状等影响有限;外置薄钢板再生混合墙的设计轴压比不宜超过0.35;在混合墙厚度与钢板厚度之比高达120的情况下,外置薄钢板再生混合墙具有较稳定的滞回性能和变形能力,其破坏位移角满足现行抗震规范要求;外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙相当甚至略高的耗能能力;在总用钢量基本一致的情况下,外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙基本相当的水平承载力。     

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明：薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。     

薄壁方形钢管再生块体混合短柱破坏形态分析

为揭示方形钢管再生块体混合构件的受力性能及破坏机理,对薄壁方形钢管再生块体混合短柱的荷载-变形曲线进行全过程分析;并以轴压破坏形态为切入点,从钢管宽厚比、核心混凝土强度、加劲肋等套箍系数因素对试件破坏形态的影响进行了分析。研究结果表明:在破坏阶段不带肋试件呈软化特性,带肋试件呈加劲特性;薄壁方形钢管再生块体混合短柱的主要破坏形态为试件中部腰鼓形压皱破坏,核心组合混凝土试件中再生块体先在块体卵石与旧混凝土界面产生裂缝,随后卵石被压碎而发生破坏;随套箍系数的增大,钢管对核心混凝土约束作用增强,则趋于腰鼓形破坏,反之发生剪切形破坏。通过研究建立薄壁方形钢管再生块体混合短柱的破坏模型。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

高强方钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

为研究高强方钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压承载性能,进行了40根高强方钢管UHPC短柱轴压荷载试验。结果表明：套箍系数是影响方钢管UHPC短柱轴压破坏过程和形态的主要因素,极限荷载随套箍系数增大而增大,核心UHPC强度提高幅度均值为15%。比较分析了多部现行规范、规程的承载力计算方法的差异,相关规范与规程中不考虑钢管约束效应时,其承载力计算值的均值低于试验极限荷载值,考虑约束效应的参数适用性受限。并基于叠加原理采用线性回归分析和考虑等效约束作用分别建立了高强方钢管UHPC短柱轴压承载力的实用计算式和理论分析式。     

钢管再生混合柱在紫金县文化活动中心的应用

简要介绍了钢管再生混合柱在紫金县文化活动中心的应用,论述了针对本工程开展的试验研究.比较了华南理工大学进行的4mm厚和1mm厚钢管再生混合柱的轴心抗压承载力实测值与按CECS28:90计算方法所得的计算值.充分考虑旧混凝土在钢管中分布的均匀性以及新旧混凝土强度的差异性,提出了钢管再生混合柱轴心抗压承载力的计算方法.     

内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱轴压及耐火性能试验研究

为了在不增加用钢量的前提下,明显改善钢管混凝土柱的耐火性能,同时确保其常温轴压性能基本不降低,针对内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱,开展了6根短柱(边长300 mm、高度900 mm)的轴压试验以及3根足尺柱(截面边长320 mm、高度3 770 mm)的耐火试验,研究了废旧混凝土块体取代率(0、30%)、角钢强度等级(Q345、Q690)、角钢至钢管净距(10、20、30 mm)等因素对柱轴压性能的影响,分析了内置高强角钢、角钢至钢管净距(10、30 mm)等因素对柱耐火性能的影响。研究表明:在总用钢量基本不变的情况下,通过适当减薄钢管并在管内设置高强角钢且二者之间预留一定净距,可使方钢管再生块体混凝土柱的耐火极限提高了200%以上;同时,其轴压承载力和延性指标都有所提高,初始刚度基本不变或有所提高;在用钢量完全相同的情况下,适当增加高强角钢至钢管内壁的净距可使柱的耐火极限进一步提高,而轴压承载力变化不大;针对该类柱改进的轴压承载力实用计算方法,计算结果与试验结果之间的偏差较小。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。