方钢管混凝土短柱轴压极限承载力研究

采用统一强度理论,对方钢管混凝土短柱的核心混凝土有效约束区和非有效约束区进行受力分析,通过方钢管的宽厚比对方钢管与核心混凝土间的约束效应进行控制,提出了方钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式,并对其影响因素进行了分析。然后将其推广到不同截面形式的钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算中,将计算值与试验值进行对比,验证了公式的合理性。该研究为钢管混凝土短柱承载力的研究提供了一定的理论依据。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压机理及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压受力性能,完成了25个方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱试件和4个普通方钢管混凝土柱试件的轴心受压试验。从试件的表观破损全过程、核心混凝土的碎裂形态、螺旋筋的失效模式、荷载位移曲线、各钢材组分的应变发展规律等多个角度对方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压机理展开分析,并与普通方钢管混凝土柱进行了对比。研究结果表明：螺旋筋有效改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特点|螺旋筋、纵筋及方钢管之间具有良好的变形协调性,在本研究的配筋率范围内(0.44%~2.90%),螺旋筋的屈服强度均能充分发挥|方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱比普通方钢管混凝土柱具有更好的轴压承载能力和变形能力,且随着螺旋筋间距的减小、直径和径宽比的增大,其表现出更优良的轴压性能|基于复合约束模型推导的承载力公式,其物理意义明确、形式简单,且计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考。     

方钢管约束型钢混凝土柱受剪承载力计算

基于已有受剪破坏方钢管约束型钢混凝土短柱试验结果,建立精细化有限元模型,对设有型钢栓钉与钢管斜拉加劲肋的方钢管约束型钢混凝土短柱受剪性能进行有限元分析。研究结果表明:栓钉对方形截面钢管约束型钢混凝土短柱的力学行为影响较小;而斜拉加劲肋有效限制钢管局部屈曲,提高约束作用,改善型钢与混凝土的共同工作性能。基于试验与有限元分析结果,考虑方钢管等效密排箍筋效应,提出了方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力计算公式,预测结果与试验及有限元参数分析结果吻合较好。     

方钢管、高强箍筋双重约束下混凝土柱强度取值研究

为深入探究双重约束下混凝土柱的受力性能,分析钢管和高强箍筋单独约束下混凝土正截面受力机理,在此基础上研究方钢管、高强箍筋双重约束混凝土的受压性能,利用叠加原理和数据线性拟合方法提出双重约束混凝土柱正截面抗压强度取值计算公式。通过试验验证,采用该方法计算结果与试验值较接近。     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

局部约束方钢管混凝土柱约束件设计方法

提出了一种新型方钢管混凝土柱结构形式 :局部约束方钢管混凝土柱。它通过在方钢管混凝土柱的塑性铰区域设置局部约束以有效提高柱在往复荷载作用下的延性 ,克服传统方钢管混凝土柱由于局部屈曲而导致的延性不足的抗震缺陷。建立了约束件设计的塑性铰模型 ,应用该模型设计了 4个分别采用钢板、钢带和角钢约束件的约束钢管混凝土试件 ,并进行了往复荷载试验。试验结果表明 :局部约束可有效提高柱的延性 ,增加柱的耗能能力 ;同时说明了该设计方法的有效性。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱局部屈曲分析

假定方钢管混凝土偏压柱钢板四边均为固定约束,建立基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型。利用所建立模型计算了不同应力梯度下方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数,从而得到偏压下方钢管混凝土柱的局部屈曲强度。为了验证模型正确性,对基于所述模型的方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数计算值与基于能量变分法公式的计算值进行比较,两者非常吻合。同时,基于本文模型的局部屈曲强度计算值与先前试验结果比较,亦整体吻合良好。从而进一步验证了所述模型的正确性。最后,研究了偏压下方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,给出了不同应力比时方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,以便于工程设计应用。     

带约束拉杆S-CFT轴压承载力公式

在已有的钢管混凝土统一理论基础上,本文结合已有的配置约束拉杆方钢管混凝土(S-CFT)轴压短柱试验结果,通过研究拉杆约束系数与构件极限承载力之间的关系,修正已有的方钢管混凝土构件轴压承载力计算公式,在公式中并入了约束拉杆的影响,得出带约束拉杆的方钢管混凝土构件轴压承载力计算公式,拓宽了统一理论计算公式的适用性,采用该公式计算的带约束拉杆的方钢管混凝土构件轴压承载力与已有的试验结果吻合良好。     

方钢管约束混凝土轴压短柱承载力研究

针对已有的配置圆环箍筋和螺旋箍筋的方钢管约束混凝土轴压短柱试验研究成果,采用ABAQUS有限元软件对该类方钢管约束混凝土轴压短柱进行三维实体非线性有限元分析,探讨相同截面含钢率下配置圆环箍筋和螺旋箍筋对方钢管和核心混凝土受力性能的影响,分析在方钢管含钢率相同的前提下,方钢管混凝土中配置圆环箍筋对方钢管力学性能的影响,对有限元模拟得出的混凝土中部截面的应力云图进行简化,根据截面静力平衡理论,通过大量参数分析建立方钢管约束混凝土短柱承载力计算式,结果表明,承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压性能试验

为了揭示内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压性能,开展了8根该类柱及2根传统方钢管混凝土柱的偏心受压试验,考察了取钢率(角钢质量与总用钢质量之比)、角钢到钢管内壁净距、偏心距等主要参数对柱偏压性能的影响,探讨了内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压承载力计算方法。结果表明:在总用钢量基本保持不变的情况下,合理确定取钢率和角钢到钢管内壁净距,能够使内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压性能和传统方钢管混凝土柱基本相当; 相比于取钢率,角钢到钢管内壁净距对内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压承载力影响更为明显; 总用钢量保持不变时,相比于传统无内置角钢试件,内置高强角钢试件的等效刚度及延性总体上改变有限; 对于内置高强角钢的方钢管混凝土柱,在达到偏压峰值荷载时,柱受压区或(和)受拉区的高强角钢已充分发挥其强度; 针对内置高强角钢的方钢管混凝土柱改进提出的偏压承载力实用计算方法总体上具有良好的精度。     

钢管煤矸石混凝土轴压短柱极限承载力计算方法研究

为促进煤矸石在钢管混凝土结构中的应用,选取辽宁地区的煤矸石作为粗骨料,开展6根钢管混凝土和12根钢管煤矸石混凝土短柱轴压试验。根据构件破坏形式与荷载-应变曲线讨论材料强度、钢管约束和取代率对构件轴压承载力的影响规律,进行了设计参数与承载力的相关性分析,在此基础上,讨论规范GB 50936—2014和规程T/CECS 625—2019中的轴压短柱极限承载力计算方法对钢管煤矸石混凝土的适用性,给出圆钢管煤矸石混凝土短柱极限承载力计算公式的建议修正系数。结果表明:轴向压缩试验下构件呈现出局部鼓曲与剪切破坏形态; 与钢管普通混凝土短柱相比,钢管对核心煤矸石混凝土具有更好的横向约束效应; 相同取代率下提高套箍系数与含钢率将显著提升构件承载力,构件的轴压承载力随煤矸石取代率提升而降低,但最大降低幅度未超过11%:煤矸石粗骨料对承载力的相关系数为-0.33且不具有显著性; 现有的规范GB50936—2014和规程T/CECS 625—2019中相关计算方法适用于钢管煤矸石混凝土短柱,引入修正系数后承载力计算的平均相对误差在3%以内。     

矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度,根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响,确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析,以界限宽厚比为控制点,根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件;屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性;与无面外约束钢板相比,混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%;提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好,有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%,标准差为0.091。     

Post-buckling strength of rectangular concrete-filled steel tube panels

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度，根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响，确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析，以界限宽厚比为控制点，根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件；屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性；与无面外约束钢板相比，混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%；提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好，有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%，标准差为0.091。     

玻璃纤维增强钢管混凝土组合柱轴压试验及理论研究

为研究玻璃纤维增强(GFRP)钢管混凝土组合柱的受力性能,进行6根外缠GFRP的钢管混凝土轴压短柱和1根钢管混凝土柱的对比试验.结果表明,以外缠GFRP的钢管作为混凝土的约束,将显著提高核心混凝土的承载能力,90°和±45°交叉缠绕GFRP的钢管混凝土组合柱的极限承载力较钢管混凝土柱分别提高40.9％和27.3％.对G...     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

轴向往复荷载作用下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了探究斜交网格结构体系中外筒斜柱的破坏机制,对8个钢管混凝土柱和2个钢管柱试件进行了轴向往复加载试验,研究加载路径、长径比、混凝土强度和含钢率对其抗震性能的影响,分析了钢管混凝土柱的破坏机制、破坏形态和滞回性能,并讨论了钢管与混凝土间的相互作用。结果表明：轴向往复荷载下钢管混凝土柱的破坏均由钢管断裂引起,核心混凝土整体保持完好,只在钢管屈曲处存在混凝土压碎现象;相比于空钢管柱,钢管混凝土柱受拉时混凝土对钢管的支撑作用,以及受压时钢管对混凝土的约束作用,保证了其具有更高的承载力、变形能力和耗能能力;钢管混凝土柱在轴压和轴拉荷载下的抗震性能存在显著差别,在轴拉荷载下具有更好的延性和耗能能力,而在轴压荷载下具有更高的承载力和刚度。钢管混凝土柱屈服后钢管对混凝土的约束作用持续增强,并当钢管纵向应变达到8×10^-3时,不同参数对其约束效应的影响达到最大。     

冻融循环后圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

对冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的受力性能进行试验研究,以钢管壁厚、冻融循环作用次数以及混凝土强度等级为设计参数。试验中分析了冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的轴压破坏现象、荷载-位移曲线以及应力-应变曲线等。试验结果表明：经冻融循环作用后的圆钢管混凝土短柱的轴压破坏形态与相应未经冻融循环作用短柱类似;减小圆钢管混凝土短柱的径厚比可提高其在冻融环境下的轴压承载力;提高混凝土强度等级能增加圆钢管混凝土短柱的初始刚度;冻融循环对圆钢管混凝土短柱的轴压承载力影响较小;预测圆钢管混凝土可适用于遭受冻融作用的地区。根据试验结果,提出了圆钢管混凝土经冻融循环后的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

High-strength steel-wire-mesh reinforced square concrete filled steel tubular columns: Concept and compressive behavior

Confinement from steel tube to concrete core is generally low in square concrete-filled steel tubular (CFST) columns compared with their circular counterparts. To improve it, a new confining measure based on high-strength steel wire meshes (SWMs) has been proposed in this study. Different from traditional measures usually confining the concrete core from outside of it, the SWM confines the concrete core from inside of it by utilizing interaction force between SWM and concrete. Axial compression test on short SWM reinforced CFST columns was conducted to examine the efficiency of SWM. The test results demonstrated that the compressive load-carrying capacity of the square CFST column could be improved by 21.7% with a steel wire ratio of 1.54%. Finite element analysis was carried out to investigate some mechanical behaviors that were not captured in the test. It was revealed that the strength of SWM can be fully utilized, provided the entire section of concrete is reinforced by SWM and the SWM is placed along the middle half-part of column. Based on the results of this study, the use of high-strength SWM is proved an effective measure to improve the compressive performance of square CFST columns.