纤维增强复合材料约束钢管混凝土轴心受压柱抗爆性能分析

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束钢管混凝土轴心受压柱的抗爆性能,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对16根轴心受压柱试件在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟分析,并采用参数化分析的方法研究轴压比、长细比、FRP粘贴方式及FRP种类对试件抗爆性能的影响。结果表明:轴压比不超过0.5时,轴压力的存在能提高试件的抗爆性能,而轴压比超过0.5以后,轴压力的存在会极大地削弱试件的抗爆性能;长细比越大,试件的跨中位移越大,抗爆性能越差;粘贴FRP能提高试件的抗爆性能,且采取合理的局部粘贴方式可达到与全柱粘贴相接近的约束效果;在其他参数不变的情况下,粘贴碳纤维增强复材比粘贴玻璃纤维增强复材更能有效提高试件的抗爆性能。     

大尺寸圆钢管混凝土柱爆炸试验研究

为了研究大尺寸圆钢管混凝土柱的抗爆性能,通过四根圆钢管混凝土柱试件的现场爆炸试验,得到跨中位移时程曲线,分析了柱的位移变化,且研究了钢管壁厚和炸药当量对圆钢管混凝土柱抗爆性能的影响。结果表明:(1)随着钢管壁厚的增加,试件的跨中最大位移较明显减小;(2)随着炸药当量的增加,试件跨中最大变形显著增大。     

方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱试验研究

进行了7个方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱的静力试验,分析了长细比、再生粗骨料取代率、包裹CFRP布的层数对轴压性能的影响。试验结果表明,再生粗骨料取代率越高和试件长细比越大,试件极限承载力越小;包裹CFRP布的层数越多,试件极限承载力越大。     

CFRP圆钢管约束再生混凝土长柱轴压试验研究

为了研究CFRP钢管再生混凝土长柱的轴压性能,以再生粗骨料取代率、长细比、包裹CFRP布层数为变化参数设计了7个试件进行轴压试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线,分析了再生粗骨料取代率、长细比、包裹CFRP布层数对CFRP钢管再生混凝土长柱承载性能的影响。     

方钢管再生混凝土中长柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土中长柱的抗震性能,对6根试件进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验。研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震性能的影响,分析各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、耗能能力和刚度退化过程。结果表明:钢管壁厚为3.83~5.93 mm时,滞回曲线饱满,延性系数为2.61~3.41,等效黏滞阻尼比为0.361~0.415,变形能力和耗能能力较好;随着钢管壁厚增加,试件的变形、耗能能力和水平承载力提高;随着长细比增大,变形能力和耗能能力有所提高,而水平承载力明显降低;随着轴压比提高,水平承载力稍有提高,而变形能力减小;当轴压比为0.4时,方钢管再生混凝土中长柱的极限位移角达1/28.7,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求。     

薄壁方钢管再生混合柱抗震性能试验研究

通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型,对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时,随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力;在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35,满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求;采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性;横截面积和用钢量相同时,薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现,薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析与预测

根据8个CFRP层数不同、钢管壁厚不同、钢材抗压强度不同的试件,进行受压试验,得出各个试件的屈服承载力和极限承载力。利用神经网络的基本原理,确定CFRP层数、钢管壁厚和钢材抗压强度为输入单元,屈服和极限承载力为输出单元,通过训练网络,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力进行了预测。结果表明,在试验试件很少的情况下,完全可以通过神经网络的预测来分析构件的承载力,为CFRP-钢管混凝土轴压短柱结构的研究提供了一种新的方法。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析与预测

根据8个CFRP层数不同、钢管壁厚不同、钢材抗压强度不同的试件，进行受压试验，得出各个试件的屈服承载力和极限承载力。利用神经网络的基本原理，确定CFRP层数、钢管壁厚和钢材抗压强度为输入单元，屈服和极限承载力为输出单元，通过训练网络，对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力进行了预测。结果表明，在试验试件很少的情况下，完全可以通过神经网络的预测来分析构件的承载力，为CFRP-钢管混凝土轴压短柱结构的研究提供了一种新的方法。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

钢管再生混凝土柱力学性能的影响因素

对7组钢管再生混凝土柱进行了单偏压试验,研究了再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚对钢管再生混凝土柱破坏形态、承载力、轴向荷载-轴向位移曲线和轴向荷载-柱中侧向挠度曲线的影响。结果表明,不同取代率、长细比和壁厚条件下的钢管再生混凝土柱在加载过程中都会依次出现轻微鼓胀、鼓曲变形、严重变形和整体破坏的过程,且破坏特征可分为加载过程中试件上端距顶部120~220 mm位置处受压屈曲并发生弯曲直至整体破坏,以及中部弯曲失稳直至整体弯曲破坏两类;取代率对单偏压试件承载力的影响要明显小于长细比和壁厚,且在其他设计参数不变条件下,钢管再生混凝土柱的承载力会随着再生骨料取代率减小而增大、长细比增大而减小、壁厚增大而提高;在其他设计参数不变条件下,再生骨料取代率的增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度减小、侧向变形增大;长细比的增加会造成钢管再生混凝土柱的侧向刚度减小、侧向扰度明显增大;壁厚增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度略有增大、侧向扰度则明显增大。     

CFRP-圆钢管自密实混凝土复合加固RC方形短柱轴压性能试验研究

提出CFRP-圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过1根钢筋混凝土方形截面短柱和9根复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的轴压试验,研究了CFRP-钢管自密实混凝土复合加固混凝土方形截面短柱的轴压性能,分析了CFRP层数、钢管壁厚对复合加固短柱的承载力、刚度和延性的影响。试验结果表明:随着CFRP层数的增大,复合加固柱的承载力和弹塑性阶段刚度显著提高;随着钢管壁厚的增大,复合加固柱刚度和延性显著提高;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率将随钢管壁厚的增大而减小;当承载力提高幅度相同时,使用CFRP复合加固可以降低钢管壁厚,有效减少用钢量。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

碳纤维复材加固钢管的抗内爆性能

为研究内爆荷载下碳纤维复材(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)加固输油气钢管的受力性能,开展了8根CFRP加固钢管试件的内爆试验。试验中考虑了乳化炸药质量及碳纤维布层数的变化对加固钢管抗内爆性能及最终破坏模式的影响。结果表明：设置相同碳纤维布层数的试件,其管身轴向裂纹随乳化炸药量的增加而增长;同时,该类试件的CFRP加固层随乳化炸药量的增加由开裂剥离失效逐渐演化为碎片化剥离破坏;此外,随碳纤维布层数的增加,相同炸药量导致的钢管轴向裂纹扩展长度逐渐缩小,进而转变为环向扩展,表现出良好的限爆效果。最后,通过对CFRP加固钢管的受力分析,提出内爆荷载下的钢管管壁受力计算模型。     

方形复材-钢复合管约束型钢混凝土柱抗震性能试验研究

结合钢管约束型钢混凝土柱和纤维增强复合材料管约束型钢混凝土柱的优点,提出了复材-钢复合管约束型钢混凝土柱,其中复合管的内管为钢管,外管为复材管。进行了2个方形复材-钢复合管约束型钢混凝土柱试件和1个方形钢管约束型钢混凝土对比试件的滞回性能试验研究,3个试件的剪跨比均为4,试件的主要变化参数为外包玻纤布层数(6层和8层)。试验结果表明:方形复材-钢复合管约束型钢混凝土柱的抗剪承载能力、延性和耗能能力明显优于方形钢管约束型钢混凝土柱的,而且随着外包玻纤布层数的增加,复合管约束型钢混凝土柱的抗剪承载能力、延性和耗能能力逐渐提升;3个试件的破坏模式均为弯曲破坏。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载-变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析.结果表明:在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承栽力影响更为显著.     

钢管混凝土柱-钢梁框架边节点有限元分析

文中利用ABAQUS对多层框架结构中存在空鼓的内隔板式矩形钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点,从钢管壁厚、轴压比两个变量因素进行模拟对比分析研究,结果表明在弹性阶段范围内,节点随着钢管壁厚的增加,钢管混凝土柱对边存在空鼓的试件的刚度逐渐增加,承载力有所提高;节点随着轴压比的增加,极限承载力、强度、刚度、抗震性能有所减弱,但是延性变形能力稍有增加。     

方、圆钢管再生混凝土长柱轴压性能试验对比分析

设计7个圆钢管再生混凝土长柱和7个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴向加载试验,考虑钢管壁厚、长细比和添加块体3个因素,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到轴向承载力、轴向荷载-轴向位移曲线、轴向荷载-跨中侧向挠度等数据,分析3个因素对方、圆试件破坏过程和特征、承载力和初始轴向刚度等影响的异同。试验对比分析表明:方、圆钢管再生混凝土长柱轴压受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,方形试件破坏形态有柱端压曲破坏和整体弯曲失稳破坏,而圆形试件破坏形态均为整体弯曲失稳破坏;随着钢管壁厚增大,方、圆形试件的承载力均有所提高,但方形试件承载力提升的速度更快,对初始轴向刚度影响甚微。随着长细比增大,方、圆形试件承载力和初始轴向刚度下降趋势一致。添加块体,造成方、圆形试件的承载力微小降低,对试件初始轴向刚度基本上没有影响。圆形试件的侧向挠度变形曲线满足正弦半波的假定;而方形试件的侧向挠度变形曲线不能满足正弦半波的假定。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,采用正交设计方法设计并制作了9个试件,并对其进行拟静力试验。考虑钢管壁厚、再生骨料取代率和轴压比3个变化参数,观察试件加载全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:方钢管再生混凝土柱试件破坏过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱类似,主要表现为柱底钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,试件的变形性能良好;再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的位移延性系数影响较小,主要受钢管壁厚及轴压比的影响;加载完成后,各试件的等效黏滞阻尼系数达到0.2以上,表现出良好的耗能能力;试件刚度主要受钢管壁厚和轴压比的影响,再生骨料置换率对试件刚度的影响不大;三线型的P-Δ骨架曲线模型无量纲化后,试验数据有较好的规律。     

钢管再生混凝土柱受力性能研究进展

对再生骨料取代率、长细比、偏心距、钢管壁厚对钢管再生混凝土柱受力性能的影响做了归纳总结。长细比和偏心距对钢管再生混凝土的极限承载力影响较为显著,长细比和偏心距增加,试件的极限承载力呈下降趋势。再生骨料取代率的改变对钢管再生混凝土柱的应变影响很大,随着再生骨料取代率的提高,试件的峰值应变呈增长趋势。钢管再生混凝土柱的刚度和耗能特性同样与再生骨料取代率,长细比等性质关系密切。归纳总结了目前研究存在的一些问题以及对未来钢管再生混凝土柱的研究方向进行了一些初步的设想。     

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前（约为极限荷载的63%）发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。