火灾作用后钢管混凝土柱的承载力研究

在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力 应变关系模型的基础上 ,本文利用数值分析方法成功地计算出ISO 83 4规定的标准升温曲线作用后圆钢管混凝土和方钢管混凝土压弯构件荷载 变形关系曲线 ,理论计算结果和试验结果基本吻合。在系统分析火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率和构件截面尺寸等因素对火灾作用后钢管混凝土构件承载力影响规律的基础上 ,提出火灾作用后圆钢管混凝土和方钢管混凝土构件承载力的简化计算方法     

长期荷载作用下方钢管混凝土压弯构件承载力简化计算

利用数值方法计算长期荷载作用对方钢管混凝土压弯构件的荷载 -变形全过程关系的影响 ,系统分析轴压比、长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度及荷载偏心率等因素对承载力的影响规律 ,提出考虑长期荷载作用影响时 ,方钢管混凝土压弯构件承载力折减系数的简化计算公式 ,可为工程实践提供参考。     

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 ,提出了考虑长期荷载作用影响时矩形钢管混凝土轴心受压柱承载力的简化计算公式     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(Ⅰ)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第一部分。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(II)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法（Ⅱ）

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型，利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场，计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析，理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上，分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后，提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

中空夹层钢管混凝土柱在长期荷载作用下的力学性能研究

基于美国混凝土协会ACI 209(1992)提供的混凝土徐变和收缩模型,对长期荷载作用下中空夹层钢管混凝土柱的变形和承载力进行计算。分析加荷龄期、持荷时间、长期荷载比、名义含钢率、钢材屈服强度、内钢管厚度、混凝土强度、空心率、长细比和荷载偏心率等参数对中空夹层钢管混凝土柱变形特性和承载力的影响。最后,在系统分析各影响因素的基础上,提出长期荷载作用对中空夹层钢管混凝土柱承载力影响系数的计算方法。     

考虑徐变非线性的钢管混凝土柱徐变稳定承载力计算方法

对高持荷荷载作用后钢管混凝土柱稳定性能进行了数值分析,同时结合初弯曲构件稳定理论和Perry公式,通过理论推导提出了钢管混凝土柱徐变后稳定承载力计算公式。为深入研究构件徐变稳定性能,将钢管混凝土非线性徐变模型以及考虑约束作用和材料非线性的应力-应变关系引入ABAQUS,建立了钢管混凝土柱有限元分析模型;在验证了有限元模型可靠性的基础上,通过参数分析研究了长细比、含钢率、长期荷载等级、混凝土强度以及钢材屈服强度对构件徐变稳定承载力的影响;并将理论推导所得构件徐变稳定承载力计算公式与有限元分析结果进行了对比。结果表明:时效作用对钢管混凝土柱稳定性能的影响不容忽视,可使构件稳定承载力降低15.5%;影响构件徐变稳定承载力的主要参数包括长细比、长期荷载等级、含钢率,其中混凝土强度及钢材屈服强度的影响较小;所提公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,最大差值不超过10%,公式计算结果与有限元分析结果比值的均值为1.01,标准差为0.035,变异系数为3.4%。     

方钢管混凝土柱耐火极限的理论研究

本文提出计算方钢管混凝土耐火极限的理论模型，理论计算结果和试验结果吻合得令人满意。在此基础上，分析了荷载，组成钢管混凝土的材料强度，构件截面含钢率、截面尺寸、长细比，荷载偏心率以及保护层厚度等参数对构件耐火极限的影响。     

内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱有限元分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱进行模拟,得到了典型构件的荷载-跨中挠度曲线,分析了构件在偏压荷载作用下的力学性能,探究偏心率、含钢率、钢材强度和混凝土强度对构件受力性能的影响规律。分析结果表明:偏心率对构件的受力性能影响最为明显;随着偏心率的增大,构件的初始刚度和承载力均明显降低;随着含钢率、钢材强度和混凝土强度的增大,构件荷载-跨中挠度曲线的弹性阶段变化不明显,构件的承载力增大。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

钢管超高强混凝土长柱及偏压柱的性能与极限承载能力的研究

本文报导了钢管超高强混凝土长柱和偏压柱的试验研究工作。长柱试验研究结果表明,钢管超高强混凝土长柱的承载能力和极限纵向变形率随长细比Ｌｅ／ Ｄ的增大而下降,在所研究的 Ｌｅ／ Ｄ范围内,所有的钢管超高强混凝土长柱都有一定的延性,但延性随Ｌｅ／Ｄ的增大而降低。普通钢管混凝土长柱的承载能力考虑长细比影响的折减系数计算公式也适用于钢管超高强混凝土长柱。偏压柱试验研究结果表明,在偏心率为０．２２～０．６５范围内,加载后所有偏压柱试件横向无明显的外形变化。在相同的长细比下,随着偏心率的增加,试件的承载能力降低,极限纵向变形率降低,但总体来说,偏压短柱的纵向变形率比轴压短柱的极限应变要大一些。在相同的偏心率下,长细比越大,试件的承载能力和纵向变形率也越低。钢管超高强混凝土耐偏压能力等于或优于普通钢管混凝土偏压柱。经过适当修正的普通钢管混凝土偏心率折减系数可以用于钢管超高强混凝土偏压柱承载能力计算。     

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。     

GFRP管-混凝土-钢管受弯构件非线性分析

为进一步研究GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的受力性能,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析.采用平截面假定的纤维模型法,编制了GFRP管-混凝土-钢管组合构件的抗弯承载力计算程序.利用该程序计算得到弯矩-曲率、荷载 变形关系曲线,以及混凝土强度、空心率及GFRP管及内钢管厚度等因素对GFRP管-混凝土-钢管组合构件荷载-变形曲线的影响.研究表明,荷载-变形曲线可分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,空心率对极限荷载的影响比较显著,GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的承载力随着GFRP管和钢管管壁厚度的增加而增加,随着混凝土强度等级的提高而增大,随着空心率的增大,其相应变小.     

钢管混凝土柱在长期荷载作用下变形计算方法初探

钢管混凝土结构在长期荷载作用下的变形计算方法一直为工程界所关注。简要论述钢管混凝土柱在长期荷载作用下的力学性能研究现状 ,探讨了钢管混凝土的核心混凝土徐变与收缩计算模型的选取问题     

Experimental study on concrete filled elliptical/oval steel tubular stub columns under compression

A concrete filled elliptical/oval steel tubular (CFEST) member consists of elliptical/oval steel tube and in-filled concrete. The CFEST member is a new type of steel–concrete composite member and is part of a family of concrete filled steel tubular members known as CFT. The present study aims to investigate, experimentally, the characteristics of CFEST stub columns under centric loading. The main test parameters selected are diameter-to-thickness and diameters ratios of elliptical/oval steel tube. From the results, local buckling of the elliptical/oval steel tube associated with shear failure of in-filled concrete could be observed. Axial loading capacity decreased as diameter-to-thickness ratio increased. Whereas, those capacities normalized by the summation of the individual strengths, namely the elliptical/oval steel tube and in-filled concrete strengths, are regulated in case the diameter-to-thickness ratio becomes larger. Finally, a method to predict the axial loading capacity induced by confinement effects of the in-filled concrete is proposed.     

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。     

不封口钢管混凝土柱脚支承混凝土局部受压性能试验研究

针对端部不封口钢管混凝土的局部受压性能进行单调轴压试验研究及有限元分析。试件参数设置包括钢管的规格、支承体的混凝土尺寸、垫块的设置和配筋率等。试验及有限元分析表明：端部不封口钢管混凝土支承体顶面有压陷现象,其压陷现象与支承体的配筋率大小、不同局部受压面积比、垫块设置与否有关;对素混凝土支承体,其顶面压陷现象明显,并严重降低素混凝土的局部受压承载力;对配有间接钢筋的混凝土支承体,其顶面压陷现象不明显,对局部受压承载力影响不大,仍可按GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》局部受压公式进行验算;当局部受压荷载满足GB 50010-2010中的要求时,不封口钢管混凝土支承体的压陷现象可以得到有效控制;局部受压截面通过局部承载力实测值与GB 50936-2014《钢管混凝土结构设计规范》公式对比可知,GB 50936-2014中建议的局部受压公式结果偏保守,柱脚环板下混凝土承载力也偏于保守。     

受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究

利用已破坏的带有芯钢管的钢管混凝土节点试件,截取尚未破坏的节点区域,对其芯钢管内混凝土施加轴心压力。研究钢管内混凝土在多重约束下的受力性能和极限承载力,分析节点各组成部分对核心混凝土的多重约束作用。试验研究表明,受到多重约束的管内混凝土强度和变形能力有很大提高,若以极限承载力除以混凝土受荷面积,可得到约束混凝土强度为250 MPa左右。通过荷载-位移曲线的分析和约束混凝土受力机理的探讨,证明除约束混凝土外,通过混凝土与钢管的摩擦力及混凝土与钢管的粘结力传给钢管的竖向承载力,对试件的极限承载力也有贡献。