方钢管螺旋箍筋混凝土轴压短柱极限承载力分析

根据约束力构成不同将混凝土截面分成4部分,综合考虑方钢管和螺旋箍筋对核心混凝土的约束差异。利用面积等效将方钢管转化为圆钢管,在统一强度理论厚壁圆筒塑性极限荷载统一解的基础上,推导方钢管螺旋箍筋混凝土轴压短柱的极限承载力计算式。利用已有文献数据对承载力计算式进行验证,分析材料拉压比、中间主应力系数、箍筋间距、箍筋强度等参数对承载力的影响。对极限承载力计算式进行退化处理,得到适用于方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱、圆钢管螺旋箍筋混凝土柱的轴压极限承载力计算式。     

配筋薄壁圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力解析解

为了研究配筋薄壁圆钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,采用统一强度理论和薄壁圆筒理论,考虑中间主应力效应、材料SD效应(材料拉压强度异性)及箍筋有效约束面积的影响,推导了配筋薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力公式。通过算例计算并与其他承载力公式对比分析,验证了本文所推公式的正确性,研究了中间主应力、径厚比和材料拉压比对构件轴压极限承载力的影响。研究结果表明,本文建立的计算公式具有较高的计算精度,可以预测配筋薄壁圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力的上、下限值,并包含了一系列基于不同强度准则的承载力解。本文计算方法具有较广泛的适用性,可为配筋圆钢管混凝土短柱力学性能的研究提供借鉴。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明:井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴心受力性能进行理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算钢管对核心型钢混凝土的约束应力,推导出圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴压承载力公式;并对影响因素进行分析。将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,结果吻合较好,说明统一强度理论对于圆钢管约束型钢混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性,可为圆钢管约束型钢混凝土柱的分析计算提供一定的理论依据。     

内配螺旋箍筋方钢管混凝土短柱轴压极限承载力计算方法

以侧压力为基本参数,将内配螺旋箍筋方钢管混凝土短柱的轴压极限承载力视为方钢管混凝土短柱的轴压极限承载力与螺旋箍筋独立为内部有效约束区混凝土所提供的附加承载力两部分的叠加,采用统一强度屈服准则计算方钢管纵向承载力及其受到的侧压力,考虑了中间主应力和材料拉压屈服强度比的影响,当钢材拉压屈服强度比为1时,随着参数b取值的不同,可以获得内配螺旋箍筋方钢管混凝土短柱轴压极限承载力的预测范围。通过对比已有试验、有限元模拟结果及公式计算结果可知,本文推导的公式能够较准确地预测内配螺旋箍筋方钢管混凝土短柱的轴压极限承载力,可以应用到实际工程设计中。     

钢管混凝土中核心混凝土的单轴本构模型

本文借用密箍筋约束混凝土的本构方程，根据已有的钢管混凝土轴压短柱的试验结果，提出了一种同时适用于圆钢管混凝土和方钢管混凝土的核心混凝土的单轴本构关系。采用本文的本构关系对国内所作的222根钢管混凝土轴压短柱极限承载力和其中部分短柱压力-变形全曲线进行了理论计算，理论计算结果和试验结果吻合较好。     

预应力角钢板加固矩形混凝土短柱轴压承载力分析

对配有纵向钢筋和箍筋的矩形混凝土柱,采用预应力角钢板进行加固,使加固后的混凝土柱在不遭受加固破损的情况下,其承载力得到提高。在统一强度理论的基础上,对预应力角钢板加固混凝土短柱在轴心受压时的受力性能进行了分析,考虑了角钢板和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了预应力角钢板加固混凝土短柱的轴压承载力计算公式。分析计算了原柱的极限承载力、加固柱在施加周向预应力使原柱内的箍筋不受力时和施加周向预应力使角钢板达屈服强度时的承载力。结果表明,统一强度理论对于预应力角钢板加固的配筋混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性。研究可为预应力角钢板加固混凝土短柱的轴压承载力的分析计算提供理论依据。     

基于统一强度理论的离心钢管混凝土柱轴压承载力研究

运用统一强度理论,考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响,得出了离心圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式,并通过引入混凝土强度折减系数将离心方钢管混凝土柱,按照面积相等的原则等效为离心圆钢管混凝土柱,得出了其轴压极限承载力的计算式并分析了中间主应力等因素对极限承载力的影响规律,极限承载力随着参数b值的增大而增大。利用文中计算公式所得结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了运用统一强度理论进行离心钢管混凝土柱轴压力学性能分析的可行性和正确性。     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。     

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。     

双钢管混凝土复合柱的耐火性能及参数影响分析

双钢管混凝土复合柱在普通钢管混凝土柱基础上设置了内部钢管,由于内管受到外层混凝土的高温保护,因此其耐火性能得到改善。文章通过精细化数值模拟方法对此类双钢管混凝土复合柱的耐火性能开展研究,全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,并且对比分析了在相同的含钢率条件下不同截面组合型式（内圆外圆、内方外圆和内圆外方）双钢管混凝土短柱的耐火极限。结果表明：在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径,都有利于耐火极限的提高;在保持整体含钢率不变的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;另外,双钢管混凝土复合柱的耐火性能比普通钢管混凝土柱有较大提高。     

钢管钢纤维混凝土结构的性能研究

根据现有钢管钢纤维混凝土的研究,对这种组合结构的轴心受压短柱、偏心受压长柱、均布荷载作用下的梁以及低周反复荷载作用下的长柱性能进行了介绍。钢纤维对钢管混凝土柱受压承载力的提高幅度不大,在钢管混凝土柱中掺入钢纤维的作用主要是提高钢管混凝土柱的延性,而不是提高其受压承载力;在钢管混凝土梁中掺入钢纤维,能改善梁受拉区的工作性能,从而提高梁的承载能力;钢纤维能提高钢管混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的水平承载力及延性。     

FRP约束钢管混凝土轴压构件力学性能研究

进行了9个钢管混凝土轴心受压构件的试验研究,对其中的6个构件包裹了纤维增强复合材料(FRP)。试验参数为钢管截面形状、截面尺寸和包裹FRP的层数。试验结果表明,FRP约束圆钢管混凝土可以较好地发挥FRP约束混凝土和钢管混凝土的双重优点,构件在具有较高承载力的同时还具有较好的延性。最后,提供了FRP约束圆钢管混凝土轴压构件承载力的简化计算公式。     

高温后圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力研究

为了研究火灾高温后圆钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能及极限承载力,以再生粗骨料取代率、恒温温度和恒温时间为变化参数,对20个设计的圆钢管再生混凝土短柱试件进行火灾高温后的力学性能试验。并对各变化参数对圆钢管再生混凝土短柱极限承载力的影响进行分析。利用统一强度理论和叠加计算理论分别计算高温后其极限承载力,并与试验实测结果比较。研究结果表明:高温后钢管再生混凝土短柱的受力破坏过程和形态与普通钢管混凝土柱相似;火灾温度对承载力影响显著;同一温度下,承载力随恒温时间的延长呈先上升后下降的趋势;骨料取代率对试件的承载力影响不大;采用统一强度理论中钟善桐计算法对高温后圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行计算,计算值与试验值吻合较好。     

Nonlinear analysis of circular concrete-filled steel tubular short columns under axial loading

The confinement effect provided by the steel tube in a circular concrete-filled steel tubular (CFST) short column remarkably increases the strength and ductility of the concrete core. The reliable prediction using nonlinear analysis methods for circular CFST columns relies on the use of accurate models for confined concrete. In this paper, accurate constitutive models for normal and high strength concrete confined by either normal or high strength circular steel tubes are proposed. A generic fiber element model that incorporates the proposed constitutive models of confined concrete is created for simulating the nonlinear inelastic behavior of circular CFST short columns under axial loading. The generic fiber element model developed is verified by comparisons of computational results with existing experimental data. Extensive parametric studies are conducted to examine the accuracy of various confining pressure models and the effects of the tube diameter-to-thickness ratio, concrete compressive strengths and steel yield strengths on the fundamental behavior of circular CFST columns. A new design formula accounting for concrete confinement effects is also proposed for circular CFST columns. It is demonstrated that the generic fiber element model and design formula adequately predict the ultimate strength and behavior of axially loaded circular CFST columns and can be used in the design of normal and high strength circular CFST columns.     

钢管混凝土短柱钢管紧箍区域和偏心率影响的初步试验研究

通过对3根不同偏心率的圆钢管混凝土的受压试验,根据组合材料的泊松比,从不同角度分析了此类构件中钢管对核心混凝土的紧箍区域以及偏心率对钢管紧箍作用的影响。初步试验表明,钢管的约束作用,主要取决于组合材料的泊松比大小及发生约束效应的区域大小。     

Experimental investigation of thin-walled concrete-filled steel tube columns with reinforced lattice angle

Experimental investigation of thin-walled concrete-filled steel tube columns with reinforced lattice angle was conducted in this study. The lattice angle was designed to reinforce the concrete-filled steel tube columns by increasing the percentage of steel cross-sectional area. Column specimens having different lengths ranged from 500 mm to 3500 mm were tested. The behavior and strengths of concrete-filled steel tube columns with lattice angle were investigated. In addition, concrete-filled steel tube columns having the same size but without reinforced lattice angle were also tested for comparison. Material properties of the concrete and steel used in the test specimens were measured. The test strengths are compared with the design strengths calculated using the AISC Specification and Eurocode for the design of composite structural members. A new design method was also proposed for the concrete-filled steel tube columns with reinforced lattice angle. It is shown that the design predictions from the proposed method agree with test results well.     

有限元ANSYS在钢管混凝土柱分析中的应用

对3个相同尺寸的圆钢管混凝土短柱,按不同的偏心率进行了加载试验,并利用有限元软件ANSYS进行了模拟分析。通过有限元分析结果与试验结果的比较,验证所建立的ANSYS三维模型的正确性,可应用于圆钢管混凝土短柱的理论研究和工程分析。