开孔钢板加劲型方钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

为研究开孔钢板（PBL）加劲型方钢管混凝土长柱的受力性能,完成了4个PBL加劲型方钢管混凝土长柱轴压试验。分析PBL加劲肋对不同长细比柱破坏模式、纵向应变、环向应变和承载力等的影响。结果表明：设置PBL,既可以发挥加劲肋的作用,有效防止加劲部位钢管的鼓曲,使横向鼓曲波长变短甚至出现“双波”,套箍作用明显;同时,还具有剪力连接件的作用,PBL与混凝土黏结良好,未出现PBL与混凝土剥离现象;基于CECS 159:2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》,给出PBL加劲型方钢管混凝土长柱承载力计算式,其计算结果与试验结果比较吻合良好。     

开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究

为加强方钢管与管内混凝土的组合作用,提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比和偏心率为参数,进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验,同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏压对比试验。试验结果表明:无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%,比钢板加劲肋构件降低了4.33%,PBL加劲肋的主要作用体现在加强钢管与核心混凝土的组合作用,试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏压柱承载力计算公式为基础,考虑PBL加劲肋和孔内"混凝土榫"的作用,提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,公式计算结果与试验结果吻合良好。     

带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

为研究带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、加劲肋宽度和加劲肋个数为参数,对26个薄壁方钢管混凝土短柱进行了试验研究。研究结果表明:对于无肋试件,在达到承载力以前管壁已经发生鼓曲,且试件宽厚比越大,鼓曲越早发生,鼓曲部位的钢管截面越早退出工作,没有发挥出钢管混凝土的优势。设置加劲肋后薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能得到明显改善,钢管壁的局部鼓曲得以延缓,材料强度得到了充分利用,试件承载力提高。当试件宽厚比为60、80时,加劲肋宽度对试件承载力影响最明显,加劲肋宽度越大,承载力越高,增加加劲肋个数对试件承载力影响不大;而当试件宽厚比为100时,设置单个加劲肋已不能满足对管壁局部屈曲的抗弯刚度要求,必须增加加劲肋的个数以增加约束钢管变形的支撑点,减小管壁局部屈曲的波长,提高试件局部屈曲的临界荷载。同时利用ABAQUS有限元计算软件对薄壁带肋方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程进行了模拟,并将试验结果与有限元模拟结果进行了对比,两者吻合良好,为下一步分析奠定基础。     

Experimental research on mechanical behavior of concrete-filled thin-walled stiffened square steel tubular short column under axial load

为研究带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、加劲肋宽度和加劲肋个数为参数,对26个薄壁方钢管混凝土短柱进行了试验研究。研究结果表明：对于无肋试件,在达到承载力以前管壁已经发生鼓曲,且试件宽厚比越大,鼓曲越早发生,鼓曲部位的钢管截面越早退出工作,没有发挥出钢管混凝土的优势。设置加劲肋后薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能得到明显改善,钢管壁的局部鼓曲得以延缓,材料强度得到了充分利用,试件承载力提高。当试件宽厚比为60、80时,加劲肋宽度对试件承载力影响最明显,加劲肋宽度越大,承载力越高,增加加劲肋个数对试件承载力影响不大;而当试件宽厚比为100时,设置单个加劲肋已不能满足对管壁局部屈曲的抗弯刚度要求,必须增加加劲肋的个数以增加约束钢管变形的支撑点,减小管壁局部屈曲的波长,提高试件局部屈曲的临界荷载。同时利用ABAQUS有限元计算软件对薄壁带肋方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程进行了模拟,并将试验结果与有限元模拟结果进行了对比,两者吻合良好,为下一步分析奠定基础。     

斜拉肋加劲薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能研究

在方钢管两临边焊接斜拉肋可显著提高薄壁方钢管的局部屈曲承载力,有效改善薄壁方钢管混凝土(CFST)柱的力学性能.为研究斜拉肋加劲薄壁方CFST柱的滞回性能,完成4个试件的拟静力试验.试验主要变化参数为斜拉肋上是否开孔、轴压比、钢管宽厚比.试验结果表明:试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管与斜拉肋之间纵向...     

直肋和开孔肋对方钢管混凝土短柱轴压性能影响研究

设置加劲肋可以明显改善方钢管混凝土试件的屈曲性能,提高方钢管混凝土短柱中钢管的约束性能。通过对普通钢管混凝土、设直肋和开孔肋的钢管混凝土试件进行研究,并结合有限元对加劲肋的增强作用机理进行分析。研究结果表明:试件加劲后承载力都得到了有效提高,并且由于加劲肋的存在钢管鼓曲形态由单波型鼓曲变为双波型鼓曲;带肋试件侧边中部混凝土中的应力增大,混凝土受压破坏部位范围更大。从试件性能角度来看,加劲后钢管可以为核心混凝土提供更可靠的约束,其中:直肋试件承载力更高、开孔肋试件延性更大。     

型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱进行数值模拟,探讨型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土、型钢-PBL加劲型方钢管混凝土、型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱在承载力以及破坏模态上的差异,并对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱荷载-竖向应变关系曲线的主要影响因素进行参数分析。结果表明,和型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的极限承载力略有下降,但其具有较高的后期承载力;截面含钢率一致的情况下,相对于型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱,型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱承载力更高,外钢管鼓曲变形更小;外钢管以及混凝土的强度、外钢管含钢率对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的承载力以及延性影响较大。     

薄壁方钢管混凝土短柱承载性能非线性有限元分析

采用ANSYS软件,对薄壁方钢管混凝土短柱的承栽性能进行非线性有限元分析.考虑轴压作用下带肋与不带肋两种截面形式的薄壁方钢管混凝土短柱力学性能,并得出其破坏模态,计算结果与试验结果吻合较好.针对该类构件,探讨加劲肋和钢管强度对其承载力的影响.结果表明,设置加劲肋能有效提高薄壁方钢管混凝土短柱的轴压承载力,与不带肋短拄相...     

PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力统一解

对于特定的PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱,考虑混凝土榫形成的剪力键提供的有效作用,对PBL加劲肋进行受力分析.引入混凝土有效约束系数,采用统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式,并对其影响因素进行了分析.将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了所给公式的正确性.研究结果表明,PBL加劲型方钢管混凝土短柱的轴压承载力随双剪统一强度理论参数b、混凝土内摩擦角、加劲肋的宽度和厚度的增大而提高.所得结果可以为PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力的研究提供参考.     

带肋方钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究

为研究加肋方钢管高强混凝土组合柱的轴压力学性能,以加劲肋刚度为变化参数,进行了7个带肋方钢管高强混凝土短柱试件轴压试验研究,对比分析了试件破坏特征、屈曲模态及应力应变规律。结果表明:设置加劲肋有效延缓了管壁屈曲,改变了管壁屈曲模态以及应力路径,加劲肋刚度对组合柱承载力影响不显著;随着加劲肋刚度增大,钢管环向与纵向应力比增大,钢管对核心混凝土约束作用增大,组合柱纵向刚度增大,钢管纵向屈服应力减小,钢管屈服发生在组合柱达到峰值荷载之后。     

基于数值分析的椭圆钢管混凝土柱轴压性能及承载力计算

为了研究椭圆钢管混凝土柱的轴压性能和承载力,通过ABAQUS程序建立了轴压作用下椭圆钢管混凝土柱的数值分析模型,考虑了复杂接触问题、材料非线性和椭圆特征。利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。开展了轴压作用下椭圆钢管混凝土短柱的诸多参数分析,评价了各参数对组合柱轴压承载力和刚度的影响,揭示了椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理,基于统一理论提出了椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算方法。研究结果表明,椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式包括剪切破坏、局部鼓曲破坏和整体鼓曲破坏;椭圆钢管混凝土短柱的轴压受力特征可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段和下降段,均与约束效应系数有关。提出的椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算公式可以用于椭圆钢管混凝土柱设计。     

设纵肋钢箱混凝土轴压短柱试验研究

为研究钢箱内填混凝土、含钢率以及钢箱内纵向加劲肋是否开孔等对钢箱混凝土轴压短柱力学性能的影响,进行了3个钢箱混凝土和1个钢箱轴压短柱的模型试验。试验结果表明：钢箱内填混凝土可有效提高试件的轴压刚度和承载力;纵肋可充分参与构件整体受力,其中纵肋开孔试件变形能力更强,延性更好。与设纵肋薄壁钢管混凝土短柱现有试验数据对比表明：随含钢率的提高,混凝土强度提高系数有所增大。建议设纵肋钢箱混凝土轴压短柱承载力可按叠加原理进行计算,其中钢箱截面积可计入纵肋的面积。     

带肋薄壁方钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究带肋薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能,以钢管宽厚比、含钢率和加劲肋个数为参数,设计了26个薄壁方钢管混凝土短柱,主要分析了带肋钢管混凝土短柱的极限承载力,破坏形态以及各参数对其受力性能的影响规律。试验结果表明:设置加劲肋不仅能提高试件纵向承载力,而且有效减缓钢管壁的局部鼓曲。随着试件含钢率即加劲肋高度的增加,试件承载力和管壁稳定性有增加的趋势。     

设纵向加劲肋后矩形钢管混凝土柱屈曲机制分析及构造建议

针对搜集的38根设肋试件的轴压试验结果,采用ABAQUS进行了有限元计算。计算结果表明,轴压承载力与试验轴压承载力误差在7%以内,破坏模式与试验破坏模式吻合较好。根据相关试验数据,对加劲肋的工作机理及受力状态进行了分析。分析结果表明,平板加劲肋截面抗弯刚度对试件承载力有明显的影响,应选取合适加劲肋抗弯刚度及截面尺寸,才能既使组合构件的承载性能得到有效发挥,同时用钢量得到合理优化;钢管屈曲模式受加劲肋刚度的影响较大,随着加劲肋刚度的增大,钢管板件逐渐由在板件横向的一个半波转变为两个半波;当加劲肋刚度达到临界刚度后,加劲肋截面面积不再影响钢管屈曲模式,但试件的轴压承载力随加劲肋面积的增大而增大。     

带肋T形钢管混凝土短柱力学性能研究

对5个不同加肋方式和2个无肋的T形钢管混凝土轴压短柱试件进行了试验研究,考察了加肋形式对T形钢管混凝土短柱力学性能的影响。试验结果表明:设置加劲肋提高了T形钢管混凝土轴压刚度和轴压承载力;考虑施工难度、材料成本、承载力提高等因素,试件TR-2的加肋形式最优。采用有限元软件ABAQUS对试件的荷载-变形全过程曲线进行了计算,同时对钢管壁应力、钢管与核心混凝土之间相互作用力进行对比分析。结果表明:总体上计算结果与试验结果吻合较好,T形钢管混凝土设置加劲肋能有效延缓钢管壁向外的局部鼓曲,改善钢管壁的稳定性,所有试件在钢管角部的截面约束效应明显,而全贯通加肋试件在加肋处的截面约束效应也比较明显。     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土的力学性能

为改善钢管混凝土界面和节点力学性能,加强钢管与混凝土的组合效应,提出在钢管混凝土的钢管内设置开孔钢板纵肋,使其具有PBL连接件和加劲肋的双重作用;进行了无肋和设置PBL加劲肋2种截面形式的矩形钢管混凝土轴压短柱试验;分析了无肋和设置PBL加劲肋时,结构中节点剪力在钢管混凝土钢-混界面的传递模式。结果表明:与无肋试件相比,设置PBL加劲肋使得矩形钢管对混凝土的套箍作用得到加强,其轴压承载力提高了14%～28%,试件延性明显改善;PBL连接件能够有效缩短管壁剪力向核心混凝土的传递线路,改善节点区域的应力分布。PBL加劲型矩形钢管混凝土具有承载力高、钢-混组合效应明显的优势,并且构造简单、施工方便,对丰富和发展钢管混凝土在桥梁工程中的应用具有重要意义。     

花瓣形钢管混凝土柱轴压受力机理和承载力研究

花瓣形钢管混凝土柱具有造型美观的优点,为具体研究其受力机理和承载力,定义了其截面组成,提出了截面偏移比和截面对称系数以反映花瓣形截面性质,提出在花瓣柱中设置十字形加劲肋以增强其组合效应。基于某工程中墩柱和有限元模型,研究了花瓣形钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,分析了加劲肋厚度、混凝土强度、钢材强度、加劲肋开孔直径和间距等参数对轴压性能的影响,研究了加劲肋厚度与钢管壁厚的匹配关系。根据理论分析和大量有限元参数分析结果,建议了加劲肋厚度与钢管壁厚之比和钢管名义径厚比的取值范围,提出了花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算式。     

开孔钢板加劲的矩形钢管钢纤维高强混凝土柱轴压试验研究

为探明加劲肋类型、开孔钢板（PBL）开孔间距、钢纤维体积掺量、混凝土强度等级等对矩形钢管钢纤维高强混凝土（SFRHC）柱轴压破坏模式的影响规律,对10根柱进行了轴压性能试验,得到了其荷载-压缩变形曲线、位移延性系数、耗能指标和破坏模式。研究结果表明：与PBL加劲试件相比,钢板加劲试件和未加劲试件的位移延性系数分别降低11.9%和10.4%,耗能指标分别降低8.3%和5.6%, PBL加劲肋能有效加强钢管与核心混凝土的组合作用。掺入体积率为0.8%钢纤维的PBL加劲试件,其位移延性系数和耗能指标分别提高12.5%和42.3%,钢纤维体积率为0.8%~1.2%时,试件位移延性系数和耗能指标明显提高。加劲SFRHC柱为肋间管壁局部外鼓破坏,PBL加劲柱的破坏位置均位于PBL开孔处,未加劲SFRHC柱为管壁外鼓破坏,对应钢板屈曲处核心混凝土表现为压碎破坏,钢纤维被整体拔出;加劲SFRHC柱沿高度方向破坏位置明显下移,钢板加劲肋和PBL加劲肋均能有效分担轴向荷载。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.