钢管高强混凝土组合柱轴压承载力试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的轴心受压承载力,完成了18个组合柱试件的轴压试验。试件的主要变化参数有:钢管混凝土套箍指标、管外混凝土强度和箍筋配箍特征值。试验结果分析表明,峰值承载力前和达到时,钢管和管外钢筋混凝土纵向变形一致;管外钢筋混凝土破坏后,核心的钢管混凝土提供了较大的后期强度和轴向变形能力;钢管混凝土的套箍指标、管外混凝土的强度和箍筋配箍特征值是影响组合柱轴压承载力的主要因素。试验结果进一步验证了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS188:2005)给出的组合柱轴心受压承载力计算公式同样适用于钢管高强混凝土组合柱。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力,进一步了解钢管间混凝土的体积配箍率对其轴压承载力和变形的影响,完成了18个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴压试验,研究了试件轴心受压的破坏形态、受力机制、承载力及变形能力。试验结果表明:随着钢管间混凝土体积配箍率的提高,混凝土的受压极限应变提高,钢管对管中混凝土的套箍效应得到更好的发挥,使试件的承载力和变形能力相应提高。采用有限元软件ABAQUS对钢管高强混凝土剪力墙轴压性能进行非线性分析,结果与试验结果相符。根据对试验结果的统计分析和有限元分析的结果,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

高强箍筋约束足尺混凝土柱轴心抗压性能试验研究

对6个高强箍筋约束足尺寸普通强度混凝土柱进行了轴心受压试验,对比分析了高强箍筋与普通强度箍筋约束钢筋混凝土柱轴心抗压的破坏过程及其形貌,并运用轴压试验数据分析了箍筋强度和形式对轴心受压性能的影响。     

高强箍筋约束混凝土柱轴压试验研究

对6个高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件进行了轴压抗压试验,对比分析了高强箍筋与普通强度箍筋约束钢筋混凝土柱轴心抗压的破坏过程及其形貌,并分析了影响约束混凝土柱在轴压下力学性能的主要因素,包括混凝土强度、配箍率、箍筋屈服强度以及配筋率等。研究结果可为高强箍筋在混凝土中的应用提供理论参考,并具有现实意义。     

轴心受压钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱承载力

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,基于合理选取钢材和混凝土本构关系以及正确定义单元类型、模型接触、加载边界条件和加载方式,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压有限元模型,通过后处理得到组合短柱的荷载纵向应变关系曲线,并与试验的荷载纵向应变曲线进行对比分析。分析了典型试件受力全过程以及最终破坏形态,同时比对了不同类别组合短柱轴心受压承载力简化计算公式,最后给出最优简化计算公式。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力分析

为研究钢管混凝土核心柱这一组合柱的轴压力学性能,以组成组合柱的钢管混凝土和管外箍筋约束混凝土两部分的应力-应变关系为基础,外围箍筋约束混凝土应用Mander本构模型,视钢管混凝土为一种组合材料,基于静力平衡及变形协调,推导了外围箍筋对其内混凝土平均约束应力,分析了组合柱轴压荷载-变形曲线规律,讨论了箍筋约束混凝土峰值应变小于以及大于钢管混凝土屈服应变时该柱轴压承载力,建议了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力计算方法,经与47个试件试验结果对比,吻合良好。     

钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究

为研究钢管高强混凝土柱轴压性能,以混凝土强度和长径比为变化参数设计5个试件进行轴心受压加载试验,并与空钢管和素混凝土试件进行对比。试验结果表明,钢管高强混凝土试件和空钢管试件的破坏形态呈腰鼓形破坏,素混凝土试件的破坏形态为纵向劈裂破坏;除素混凝土试件外,所有试件荷载-轴向变形曲线的变化趋势基本相似,都经历上升段、下降段、再回升段三个历程;钢管高强混凝土试件的极限承载力随核心混凝土强度的提高而增大,随长径比的增大而降低。采用统一强度理论和套箍理论提出的计算方法对钢管高强混凝土柱承载力进行计算发现,《钢-混凝土组合结构设计规程》(DL/T 5085—1999)和《钢管混凝土结构技术规程》(CECS 28∶2012)的计算结果与试验结果吻合较好,可用于钢管高强混凝土柱的设计。     

钢管高强轻集料混凝土短柱轴压性能的试验研究

通过24根钢管高强轻集料混凝土短柱的轴心受压试验,研究了钢管高强轻集料混凝土短柱在轴心压力下的轴力-纵向应变关系、宏观变形特征、破坏机理和破坏模式。试验结果表明:在钢管的约束下高强轻集料混凝土的弹性模量、强度和塑性性能得到了不同程度的改善,且构件的刚度有所提高;紧箍系数是影响钢管高强轻集料混凝土短柱力学性能的主要因素,紧箍系数越高,构件极限承载力提高越明显,延性越好;钢管高强轻集料混凝土短柱轴压极限承载力与同规格钢管普通混凝土基本相当。     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14~0.38的高强钢管超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明：与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验研究与分析

进行了20个方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管宽厚比(50,70和100)和混凝土强度(C50,C80)。试验结果表明：方钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对其轴压承载力和延性无明显影响。随钢管宽厚比增大和混凝土强度的提高,轴压短柱的延性降低。采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了全过程应力分析,分析结果表明,方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点并不对应钢管的屈服点,钢管在轴压短柱达到峰值荷载后屈服。根据试验结果和钢管的应力分析结果,建立了方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力计算式,试验结果与计算结果吻合良好。并提出了设计建议。图8表2参12     

复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能试验与分析

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能,完成了三组共23个试件的轴压试验和典型试件的非线性有限元分析。试验结果表明：各试件的破坏形态基本相同,为方钢管向外鼓曲,方钢管与圆钢管之间的混凝土酥松、局部压碎;试验结束时,试件纵向应变达到0.09~0.11,尚能承担约70%的峰值竖向力;按文献［8］有关公式计算得到的试件压缩刚度平均值为实测值的83.6%;采用圆钢管对其管内混凝土提供约束,方钢管对混凝土不提供约束、但提供轴压承载力的计算假定,试件轴心受压承载力计算值与试验值吻合良好;非线性有限元计算得到的竖向力 纵向应变曲线及破坏过程与试验结果符合较好。     

钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究

22根钢管高强混凝土柱的轴向受压试验结果表明 ,钢管高强混凝土短柱的轴向受压破坏为剪切破坏 ,长柱的破坏为弯曲破坏。根据试验和有关文献的结果 ,提出了混凝土强度等级不大于C80、套箍指标不大于 1 1的钢管高强混凝土柱的轴向受压承载力计算公式 ,以及长柱轴向受压承载力折减系数计算公式     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

方钢管混凝土中钢管和混凝土抗压强度研究

对于方钢管混凝土柱在轴压作用下的受力性能,国内外学者已经进行了大量的试验研究和理论分析,但常规轴压试验无法得到钢管和混凝土各自承担的轴压力。为此,提出了一种在方钢管混凝土柱试件上部设置轴力测量段的试验方法,用于直接测量轴压下方钢管混凝土柱中钢管和混凝土所承担的轴压力。通过对5个不同宽厚比的方钢管混凝土柱试件开展轴压试验,发现方钢管混凝土柱中混凝土的抗压强度与其对应的轴心抗压强度相近。将试验得到的钢管抗压强度与已有经验公式结果进行对比,发现已有经验公式可合理预测钢管的抗压强度,针对钢管的屈曲后行为和其他因素的影响需要展开更深入的研究。在试验结果的基础上,提出了方钢管混凝土柱的轴压承载力计算式,其计算结果与文献试验结果吻合良好。     

钢管钢筋混凝土柱的轴心抗压性能研究

从以前关于钢管钢筋混凝土柱的研究可以明确看出,钢管钢筋混凝土柱优于钢管混凝土柱。这主要是因为钢管和钢筋共同施加侧压于混凝土芯,从而改善了混凝土芯的性能。为了弄清混凝土芯约束性能的影响,并提出一个关于钢管钢筋混凝土柱轴心抗压强度的评估方程,使用参数研究法将数值结果与试验结果相匹配,从而对钢管钢筋混凝土柱进行数值分析。根据分析结果,对钢管钢筋混凝土中混凝土约束性能和钢管应力状态进行讨论。最后,提出一个和钢管钢筋混凝土柱荷载分担比例有关的﹑非常规的﹑评估约束性能的方程,并通过试验数据验证了钢管钢筋混凝土柱轴心抗压强度的评估方程。     

Behavior and strength of circular tube confined reinforced-concrete (CTRC) columns

An experimental investigation was conducted on the behavior of circular tube confined reinforced-concrete (CTRC) columns. Eighteen CTRC stub columns were tested under cyclic or monotonic axial compression. The results of the elastic-plastic analysis on the steel tubes indicate that the steel tube yields at the peak load point in the stub columns under axial compression. In addition, a design equation to calculate the axial load strength of CTRC columns is proposed. A total of five columns including one circular reinforced-concrete (CRC) column and four CTRC columns have been studied under combined axial compression and lateral cyclic load. The test results indicate that CTRC columns exhibit much higher flexural strength, displacement ductility and greater energy dissipation ability than CRC columns confined with hoop ties. The flexural strength increases as the axial load ratio or concrete compressive strength increases for CTRC columns, while the ductility is barely affected by the increase in axial load or concrete compressive strength. It is proposed that the moment strength of the cross section of CTRC columns can be calculated using a modified ACI code method.