中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。     

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较 ,达极限承载力时的破坏模式也有较大的变化     

圆钢管约束陶粒混凝土短柱的单轴受压试验研究及承载力计算

通过对14根圆钢管约束陶粒混凝土短柱进行单轴受压试验,研究钢管屈服强度、径厚比和钢管与陶粒混凝土的接触对其破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载-横向变形系数和承载力的影响。结果表明：轴压作用下,试件均为剪切破坏,剪切角约60°,荷载-位移曲线无明显下降段。D/t≥19时极限承载力随着径厚比的减小而增大。钢管屈服强度越高,钢管与混凝土间贴膜,钢管对混凝土的约束作用越大。不考虑钢管与混凝土间接触的影响,计算结果与试验结果吻合较好。     

火灾后方中空钢管混凝土柱滞回性能有限元分析

为研究火灾后方中空夹层钢管混凝土柱的滞回性能,采用合理的本构关系,建立有限元模型,分析参数有受火时间、轴压比、混凝土强度、空心率,并与相应试验结果进行比较,承载能力、滞回曲线以及破坏模态吻合较好。同时对火灾后方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能进行机理分析,结果表明：混凝土强度对滞回曲线影响不明显,分析滞回骨架曲线得知承载力随着构件受火时间增加、轴压比的增大,空心率减小而减小。随着受火时间的增加,空心率的增大,构件的滞回耗能能力更好。     

方中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究用钢量和空心率对方中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能的影响,以总用钢量相同的9根试件为研究对象,进行轴压试验,分析内外钢管用钢量的比例变化和空心率大小对试件破坏模式和应变曲线的影响。结果表明:外钢管出现的波浪形鼓曲均发生在达到极限承载能力后,试件破坏模式为剪切型破坏和腰鼓形压皱破坏,内管出现铜钱状凸曲,内外钢管纵向焊缝均无开裂现象;试件极限承载力随外钢管用钢量的增加而增大,随空心率的增加而降低。     

高温滑移后方钢管混凝土柱轴压性能研究

为研究高温滑移对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力的影响,以高温条件,径厚比作为参数对方钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究。通过试验得到了试件的失效模式、剩余极限承载力以及荷载-位移曲线,并分析了高温、径厚比对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力、延性以及刚度的影响。研究结果表明:高温滑移后,方钢管混凝土柱的端部受损最为严重,且最终因变形过大而导致构件的破坏;方钢管混凝土柱的极限承载力会随着温度的升高而降低;方钢管混凝土柱的延性以及刚度都有明显的下降,且当径厚比较大时,延性和刚度的下降幅度更大;此外,提出了高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力的折减系数,通过试验证实了该折减系数可以较好地预测高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力。     

方钢管再生混凝土长柱轴压性能数值模拟研究

在8个方钢管再生混凝土长柱轴压试验的基础上,利用ANSYS有限元软件对其承载性能进行了数值模拟研究。通过试验所得参数,建立合理的有限元模型,并利用ANSYS软件进行非线性计算分析,得到了试件破坏形态、试件荷载-位移曲线等数据,分析了长细比λ、径厚比η以及轴压刚度退化等因素对极限承载力的影响,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱试件主要表现为整体失稳破坏;随着长细比的增加,试件极限承载力逐渐降低,轴压刚度呈先增大后减小的趋势;径厚比越大,试件极限承载力越高。数值模拟结果与试验结果吻合良好,能够真实、准确地反映试验结果。     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压性能研究

为考察偏心距和长细比对采用带纵向加劲肋的薄壁外管中空夹层钢管混凝土柱受力性能的影响,进行5个方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土长柱的偏压试验。试验结果表明:构件的极限荷载随着偏心距和长细比的增大而下降;该类构件的延性低于传统中空夹层钢管混凝土柱。针对试验模型,对中空夹层薄壁钢管混凝土偏压柱进行了有限元模拟,有限元计算结果和试验结果吻合较好。基于有限元模型开展了机理分析和参数分析,结果表明:外部薄壁钢管的约束主要集中在横截面角部很小的范围,核心混凝土承担了大部分荷载;混凝土强度、钢材屈服强度、径厚比、径宽比、长细比直接影响轴力-弯矩相关曲线的形状。基于研究成果,提出了中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压时承载力的简化计算式,供工程实际参考。     

椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为研究椭圆钢管混凝土(ECFST)长柱的偏压性能,利用ABAQUS建立了偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的数值分析模型,考虑了钢管与核心混凝土的复杂接触问题、材料非线性问题和椭圆截面特征的影响,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和截面面积等参数进行了分析,评价了各参数对偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱轴压承载力的影响,揭示了其破坏模式和受力机理。研究结果表明,偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的破坏模式根据偏心距大小可以分为大偏压破坏和小偏压破坏,根据加载路径的不同可以分为长轴偏压破坏和短轴偏压破坏。椭圆钢管混凝土偏压长柱的轴压承载力随着混凝土强度、钢材强度和截面面积的增大而增大,随着偏心距、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件的设计方法提供参考。     

Experimental and numerical studies of short concrete-filled double skin composite tube columns under axially compressive loads

This paper presents a study on the performance of concrete-filled double skin composite tube columns (CFDSCT) under axially compressive loads using both experimental and numerical methods. The CFDSCT column investigated consists of an octagonal steel tube as its outer skin layer, a circle PVC-U pipe as its inner skin layer, and high strength concrete filled in between the two layers. Influences of concrete strength, radius-to-thickness ratio, hollow section ratio, and slenderness ratio on the ultimate axial compressive capacity of the CFDSCT column are examined. It is found that the ultimate axial compressive capacity of the CFDSCT column increases with the strength of concrete, but decreases with either increased radius-to-thickness ratio or increased hollow section ratio. Based on the findings from the present experimental and numerical studies, a design formula for predicting the ultimate load of the CFDSCT column is proposed.     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

带预应力约束拉杆R-CFT短柱轴压性能试验研究

为了解约束拉杆预拉力对矩形钢管混凝土短柱受力性能的影响,进行了3个带预应力约束拉杆短柱轴压试验和另外2个对比试验,对比试验试件中1个不带约束拉杆,1个带普通约束拉杆。预应力约束拉杆和普通约束拉杆均由M20高强度螺栓组成,作为普通约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前与钢管壁焊接成一体;作为预应力约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前通过扭紧螺帽产生预拉力,然后与钢管壁焊接成一体,由拉杆预拉力对钢管壁和核心混凝土进行预压。试验结果表明,设置约束拉杆后,构件的承载力提高,轴向变形能力增强;与普通约束拉杆相比,预应力约束拉杆能减小构件最大荷载时的变形,但对构件承载能力和后期变形能力影响不大;减小预应力约束拉杆的横向间距,可有效减小构件最大荷载时的轴向变形,提高构件前期刚度,但对构件承载力影响不明显;在截面宽度和拉杆数量不变的情况下,随着截面长宽比的增加,构件后期变形能力减小。     

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。     

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性; 冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏; 圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力机理分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱的受力机理,通过有限元软件ABAQUS建立了该类构件的力学模型,并与已有试验数据进行对比,验证了模型的合理性。分析了典型构件的受力全过程荷载-应变关系曲线、钢管与混凝土之间的相互作用力、破坏模态和荷载分配; 同时分析了空心率、锥度、钢管径厚比和混凝土强度等参数对相互作用力的影响。结果表明:典型构件荷载-应变关系曲线可分为弹性段、弹塑性段、下降段和稳定段4个阶段; 构件破坏是由外钢管向外鼓曲所导致的,破坏截面约在0.8H(H为构件高度)柱高处; 锥度和空心率的改变对构件破坏截面位置影响较大,随着锥度和空心率的增大,破坏截面位置逐渐向柱顶靠近; 影响外钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度、外钢管径厚比、外钢管屈服强度和混凝土强度; 影响内钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度和外钢管屈服强度; 内钢管径厚比与内钢管屈服强度对混凝土与内、外钢管之间的相互作用力影响较小,可不作为主要参数进行分析。     

预制双壁空心管柱轴心受压性能试验研究

本文研究不锈钢(薄壁外层)-混凝土-钢双壁空心管(DSTM)柱的轴心受压性能。借鉴钢-混凝土组合结构构件的基本假定,分析其轴心抗压能力。制作外层分别为薄钢管和铁皮管,内层均为钢管,双壁管中间喷注混凝土型号为C40的两种试件,并完成其轴向抗压试验。试验结果表明,当外层管为薄钢管时,其承载能力和变形能力优于薄铁皮管。通过分析本文和有关文献的试验结果,引用相关系数,提出了考虑套箍效应的双壁空心管长柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。     

高温后中空夹层钢管再生混凝土短柱的加固性能研究与分析

针对高温煅烧后的再生混凝土进行荷载特性研究,设计了三种再生骨料取代率(0%,50%和100%)的中空夹层钢管再生混凝土短柱,研究了高温后钢管再生混凝土短柱及其加固后的力学性能,比较了截面形式、再生骨料取代率以及玄武岩纤维对其承载力、应变和位移的影响。结果表明,截面形式对承载力的影响最大。最后,利用再生骨料取代率、温度对其抗压强度的影响关系,尝试建立中空夹层钢管再生混凝土轴压强度承载力关于截面形式、约束系数、温度、再生骨料取代率以及外加固纤维布约束面积等变量的相关关系式,并通过试验数据加以验证。     

复式钢管混凝土偏压柱试验

通过对9个不同尺寸和壁厚的内圆外方的复式钢管混凝土柱试件(其中内(圆)增强方钢管混凝土试件6个,方中空夹层钢管混凝土试件3个),进行偏压试验得到极限承载力和荷载-变形曲线。试验表明,对内(圆)增强方钢管混凝土,内置圆钢管的存在能够对偏压方钢管内核心混凝土起增强作用,且这种增强作用随着圆管管径的增大愈加明显;对于方中空夹层复式钢管混凝土偏压短柱,随着圆钢管管径的增加,其承载力降低的程度愈大。     

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。