四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。     

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好.对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析.对国内CECS 28:90、JCJ 01-89和DL/T 5085--1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析.分析结果表明CECS 28:90规程的偏心率折减系数计算公式较合理.柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法.斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议.最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法.     

波形钢板钢管混凝土柱试验研究

进行了以长细比和偏心率为参数的共22根波形钢板钢管混凝土柱的试验。对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力、柱肢钢管和波形钢板的应变等进行了分析。试验结果表明,波形钢板钢管混凝土柱的受力性能与钢管混凝土格构柱相近,随着长细比与偏心率的增大,波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力显著降低,而长细比和偏心率对其极限承载力的影响基本上是相互独立的,可采用双系数乘积公式计算。波形钢板钢管混凝土柱应考虑剪切变形对极限承载力及挠曲变形的影响,但由于波形钢板抗剪刚度要大于钢管混凝土格构柱的缀管,因而其剪切变形所引起的附加挠度对极限承载力的降低影响较钢管混凝土格构柱小。在实腹式截面杆件稳定荷载计算的基础上,提出了考虑剪切变形影响的波形钢板钢管混凝土柱稳定系数的计算方法。     

钢管混凝土平缀管格构柱极限承载力试验研究

进行24根缀板式钢管混凝土格构柱轴心受压和偏心受压试验。试验参数为长细比、偏心率、柱肢间距和缀管间距。对试件的受力全过程、破坏特性与极限承载力进行分析,讨论了缀管的受力特性和缀管构造对试件极限承载力的影响。试验结果表明,钢管混凝土平缀管格构柱中缀管以受弯为主、应变较大,缀条式格构柱中缀管以受轴力为主、应变较小;柱肢间距和缀管间距对试件承载能力有较大的影响;随着长细比增加,试件破坏特性从局部压屈变为整体破坏;长细比和偏心率两个参数对缀板式钢管混凝土格构柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响;稳定系数与偏心率折减系数可以采用与缀条式格构柱相同的方法计算,但其剪切变形对极限承载力的影响要大于缀条式格构柱;给出了应用图表法的换算长细比计算方法。     

钢管混凝土格构柱偏心受压面内极限承载力分析

应用钢管混凝土结构设计规程,对钢管混凝土格构柱偏心受压试件进行面内整体承载力计算。计算结果与试验值相差较大。规程在计算换算长细比时采用加法来考虑剪切变形的影响,对于长细比较小的构件,将过度考虑剪切变形对承载力的不利影响,且出现承载力几乎不随构件长细比的变化而变化的不合理现象。在借鉴国外钢格构柱计算方法的基础上,提出采用放大系数法来计算钢管混凝土格构柱的换算长细比,所得极限承载力与试验值吻合良好。     

钢管混凝土偏压格构柱偏心率影响试验研究

进行了5根钢管混凝土格构柱和2根空钢管格构柱偏心受压试验,试验参数为偏心率。试验研究结果表明,随着偏心率的增加,格构柱的极限承载力逐渐降低。所有试件的近载侧柱肢始终处于小偏压状态,远载侧柱肢随试件整体偏心率的增大而由小偏压发展为大偏压状态。与空钢管格构柱相比,钢管混凝土格构柱的承载力、刚度和变形能力均较大。进行了偏心率对钢管混凝土格构柱极限承载力的影响分析。最后,对钢管混凝土设计规程的计算方法进行了探讨。     

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。     

钢管混凝土复合柱静力试验与偏心率折减系数计算方法

以偏心率为参数,对4根钢管混凝土复合柱和4根钢管混凝土格构柱进行了受压试验和有限元分析,对比分析了试件的破坏过程与特征、受压承载力和荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。试验结果表明：轴压复合短柱的破坏以钢筋混凝土板的压碎和纵筋屈服为特征,此时钢管混凝土柱肢没有充分发挥其自身的轴压承载能力;偏压复合短柱的破坏形态为近载侧钢筋混凝土板压碎同时柱肢钢管出现鼓曲,对应柱肢的受力状态与钢管混凝土格构柱的相似。当偏心率相同时,钢管混凝土复合柱的初始受压刚度和承载力均大于钢管混凝土格构柱,两者的初始抗弯刚度接近,但由于钢筋混凝土板在受力后期仍可有效传递截面剪力,钢管混凝土复合柱的侧向位移明显小于钢管混凝土格构柱。钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数随偏心率的变化情况与钢管混凝土格构柱的基本相似。以钢管混凝土格构柱的基本计算式为基础,利用试验和有限元参数分析结果对其进行修正,得到钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数计算方法,折减系数的计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土柱极限承载力的统一算法研究

介绍国内外各设计规程关于钢管混凝土柱极限承载力的计算方法并进行比较分析。钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的受力性能具有共性,即长细比和偏心率对柱面内整体极限承载力的影响基本上是独立的。基于上述规律,在分析评价国内外各规程计算方法的基础上,对钢管混凝土柱极限承载力的统一算法开展研究。分别进行钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的算例分析,研究结果表明,计算值与试验值吻合良好。最后提出适合工程应用的钢管混凝土柱极限承载力的统一算法,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和规程修订提供参考。     

钢管混凝土偏压格构柱长细比影响试验研究

进行了钢管混凝土格构柱偏心受压试验,试验参数为长细比。介绍了试验的情况和过程,对柱肢钢管纵向应变、环向应变、缀管的纵向应变等进行了分析。研究结果表明,随长细比的增加,钢管混凝土格构柱的极限承载力逐渐降低。柱肢以受轴压为主,属于小偏压构件。近载侧的柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用。缀管的受力较小且都处在弹性阶段。受缀管的影响,节点处柱肢钢管环向应变很大,它是引起柱肢钢管撕裂从而导致试件破坏的主要原因。     

负载下内填混凝土加固钢管构件偏压性能试验研究

对19根不同长细比、偏心率和初应力比的内填混凝土加固钢管构件进行了偏压试验研究。试验结果表明:负载下内填混凝土加固钢管偏压构件的破坏特征表现为弯曲失稳破坏,其挠曲线基本符合正弦曲线假设;初应力的存在会降低内填混凝土钢管偏压构件的极限承载力,且随着初应力的增加,构件承载力下降越明显。在此基础上对试验试件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法

分析了现有钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法的假定条件和计算式,并将各方法计算的极限承载力与试验结果进行对比;以格构柱剪切柔度理论为基础,对钢管混凝土平缀管格构柱各变形项与总剪切变形量的比值进行分析,指出现有换算长细比计算方法的不合理之处。借鉴钢管混凝土（斜缀条）格构柱换算长细比乘法算法的计算思路,在剪切系数计算式中采用考虑节点构造参数影响的剪切柔度简化计算式,拟合得到放大系数与剪切系数的关系式。结果表明:采用所提出的换算长细比计算方法及GB 50923—2013中稳定系数计算方法得到的计算结果与试验结果吻合良好,证明该方法简单、实用且具有足够的精度。     

三肢钢管格构柱稳定极限承载力研究

用弹塑性大挠度有限元对不同腹杆布置形式的三肢钢管格构柱进行了稳定极限承载力研究,并与规范结果进行了比较,分析了腹杆布置形式及腹杆长细比对极限承载力的影响,为合理设计三肢钢管格构柱提供参考。     

圆薄壁钢管混凝土弯曲性能试验研究

为进一步研究和探讨长径比、套箍系数、偏心率等因素对圆形薄壁钢管混凝土弯曲性能的影响,选取一定规模和数量的构件,通过力学性能的试验,并采用有限元软件ABAQUS系统地分析了各个参数对构件破坏模式、刚度、极限承载力等静力性能的影响规律。试验结果表明:偏心率、长径比、套箍系数等参数对构件作用程度不同。偏心率大的构件极限荷载会急剧下降,偏心率小的构件极限荷载略微平缓,而到了后期两者趋向于接近;长径比大的钢管混凝土构件,刚度、屈服荷载和极限承载力都明显降低,而长径比较小的钢管混凝土构件,刚度、屈服荷载和极限承载力都明显增加;套箍系数大的构件极限承载能力强,而套箍系数小的构件极限承载能力弱。其中偏心率对构件的刚度和承载能力影响最显著,套箍系数的影响是最小的。     

内置碳纤维工字形复材的方钢管混凝土偏压中长柱力学性能研究

采用ABAQUS软件,在合理选用材料本构模型的基础上,对18个偏压中长柱进行全过程分析,考察长细比、偏心率、钢材屈服强度等因素对构件极限承载力及荷载-跨中挠度曲线的影响。分析结果表明:构件荷载-跨中挠度曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和平缓段4个阶段。长细比、偏心率和含钢率对构件力学性能影响较大,随着长细比和偏心率的增加,构件的极限承载力迅速下降;增加含钢率可以提高构件的极限承载力;增加混凝土强度可以提高构件的极限承载力,但延性有所降低;随着钢材屈服强度的提高,构件极限承载力提高,但荷载-跨中挠度曲线的弹性阶段几乎不变。     

四肢钢管混凝土格构柱耗能能力有限元分析

为了优化四肢钢管混凝土格构柱的设计,更好地掌握格构柱的抗震性能,完成了2根四肢钢管混凝土格构柱的低周反复加载试验,并通过试验校核修正了有限元模型。利用ANSYS有限元软件对四肢钢管混凝土格构柱进行了三维非线性数值模拟,重点研究了轴压比、等效长细比及材料比例系数对试件耗能能力的影响。研究结果表明:材料比例系数ζ越大,试件延性越好,当ζ=1.5～2.5时,四肢钢管混凝土格构柱的耗能性能较好,且当ζ≈2时,试件材料比例系数设计最佳;一般轴压比n越大,试件水平承载力越大,但延性变差,当n=0.2～0.5时,四肢钢管混凝土格构柱的耗能性能较好,且当n≈0.5时,试件轴压比设计最佳;一般随着等效长细比增大,试件水平承载力降低,延性越好,但建议四肢钢管混凝土格构柱的名义长细比控制在10以内。     

波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力

提出了波形钢板钢管混凝土柱的有限元分析方法,采用正交异性板来模拟波形钢板。应用ANSYS通用程序对算例进行了分析,并应用有限元方法分析了偏心率、长细比2个主要参数对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响。结果表明:可采用稳定折减系数和偏心率折减系数相乘的计算公式来考虑二者对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响,其中偏心率折减系数可采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28:90)的计算公式;稳定折减系数应将换算长细比乘以考虑柱肢的钢材型号和混凝土强度等级的材料修正系数,然后采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ 01—89)的稳定系数计算方法。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限分析

为研究三面受火方中空夹层钢管混凝土柱的抗火性能,通过ABAQUS有限元软件建立了三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱有限元模型,并将计算结果与试验数据进行对比,结果吻合良好。利用所建立的模型分析了构件在三面受火条件下的温度场与受力机理,并分析了常见参数对三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的影响,提出了三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的简化计算公式。结果表明,在荷载比为0.4～0.8、长细比为20～50、截面尺寸为400～1 000 mm常用参数范围内,荷载比、长细比、截面尺寸和荷载偏心率是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比和长细比越小,截面尺寸越大,构件耐火极限越大。当0≤e/r_0≤0.4时,荷载偏心率对构件的耐火极限影响较大,耐火极限最大可比轴压时高50%。     

钢管再生混凝土柱轴压及其核心混凝土多轴力学性能研究

将钢管再生混凝土结构用于实际工程中,长细比是对其力学性能影响的重要因素之一。首先对核心再生混凝土进行了多轴拉压试验,给出了其本构关系;对4种不同长细比的12根钢管再生混凝土柱进行了轴心受压试验,分析了长细比对其极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载比-横向变形系数曲线的影响。结果表明:随着试件长细比的增大,钢管再生混凝土柱的极限承载力显著下降,长细比增加50%,其承载力下降3. 3%左右;纵向应变减小,环向应变增加;钢管对核心再生混凝土的套箍约束作用开始增强的时间越早。基于试验研究和理论分析,给出了考虑长细比的钢管再生混凝土柱承载力计算公式。在上述基础上,对其进行了ABAQUS有限元模拟研究,模拟结果与试验结果吻合较好。