方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载 挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明：方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

多重螺旋筋复合约束钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

为研究多重螺旋筋复合约束钢筋混凝土圆形截面短柱的轴压力学性能,以螺旋筋间距、钢筋笼间距、螺旋筋重数为变化参数,对8个短柱试件进行轴心受压试验。观察试件的破坏过程及形态,获得了其荷载-变形曲线、峰值荷载和峰值变形等力学性能指标,并分析不同变化参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:三重螺旋筋复合约束钢筋混凝土短柱的破坏过程及形态与两重螺旋筋复合约束钢筋混凝土短柱相似,但具有更大的初始压缩刚度和更好的延性和耗能能力,用钢量的增加并没有有效提高其承载力;增大螺旋筋间距,减少用钢量的同时并没有显著降低承载力,而峰值变形、初始压缩刚度、延性及耗能系数逐渐减小;增大钢筋笼间距,用钢量的减少幅度大于承载力的降低幅度,其延性及耗能能力得到提高,而峰值变形和初始压缩刚度没有表现出明显的规律。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

含钢率对圆钢管橡胶混凝土短柱轴压性能的影响

钢管橡胶混凝土结构是在钢管混凝土中掺入一定量的橡胶颗粒,既利用橡胶优良的粘弹性增加构件的耗能能力,又保持了钢管混凝土延性好和承载力高的特点。本文以含钢率为变化参数,设计了12根钢管橡胶混凝土短柱试件并进行了轴心受压试验;依据统一理论,提出了钢管橡胶混凝土的轴压承载力计算公式。试验结果表明:钢管橡胶混凝土柱的破坏以钢材屈曲形成环状腰鼓为主;试件具有较好的延性和后期承载力;随构件含钢率增加,钢管橡胶混凝土的轴压承载力明显提高。     

配螺旋箍筋方钢管混凝土柱力学性能研究

为了研究配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的力学性能,在试验基础上应用ABAQUS软件建立了方钢管混凝土柱的有限元模型,对比分析了配螺旋箍筋方钢管混凝土柱与普通方钢管混凝土柱的力学性能,得到螺旋箍筋对混凝土具有约束加强作用的影响规律。在此基础上,进一步对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱进行参数化分析,研究了混凝土强度等级、螺旋箍筋间距、螺旋箍筋直径、螺旋箍筋强度等级对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱轴压承载力的影响。结果表明:提高混凝土强度等级、减小螺旋箍筋间距和增大直径均能有效提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力,而改变螺旋箍筋强度等级对提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力效果不明显;配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力与其用钢量近似成正比关系。在相关规范的基础上,推导了适用于配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式,并验证了其合理性。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理试验研究

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：方钢管、螺旋筋、纵筋及核心混凝土四者能协同工作,各种材料强度均能充分发挥;螺旋筋在弹性受力阶段发挥的作用较小,不能延缓方钢管发生局部鼓曲,而主要在弹塑性及流塑阶段发挥约束作用,能显著提高轴压短柱的承载力和变形能力;方钢管和螺旋筋对核心混凝土形成双重约束机制,当方钢管发生鼓曲后螺旋筋能有效补充对核心混凝土的约束作用,进而改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特性。     

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。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

钢-混凝土组合方形截面柱内置螺旋筋约束增强机理及承载力计算

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱(简称“方柱”)内置螺旋筋的约束增强机理,明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验,观察了方柱的破坏过程,揭示了其约束增强机理,对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律,提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”,提升组合柱的承载力和变形性能,但对轴压刚度无明显增益效果;增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性,且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著,其次是减小螺旋筋间距,再次是增大螺旋筋直径;组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓,且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱;结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

Restraint mechanism and bearing capacity calculation of steel- concrete composite square columns with internal spiral bars

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱（简称“方柱”）内置螺旋筋的约束增强机理，明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律，设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验，观察了方柱的破坏过程，揭示了其约束增强机理，对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律，提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”，提升组合柱的承载力和变形性能，但对轴压刚度无明显增益效果；增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性，且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著，其次是减小螺旋筋间距，再次是增大螺旋筋直径；组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓，且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱；结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

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。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

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。     

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。