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。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

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。     

内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压性能分析

为提高空心钢筋混凝土柱的承载能力和延性,文中提出一种内衬钢管的方中空钢筋混凝土短柱。采用有限元软件建立该类柱的非线性有限元模型,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元建模方法的合理准确性,基于此进一步考察钢管壁厚和直径、截面边长、钢管屈服强度和混凝土抗压强度对组合柱轴压刚度、承载力以及延性的影响,并对典型试件进行受力全过程分析。结果表明内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压承载力及刚度随混凝土抗压强度的提高而增大,延性随钢管壁厚及直径的增加而增大。     

配筋薄壁钢管高强混凝土柱的轴心受压性能研究

为了探索配筋对薄壁钢管高强度混凝土柱轴心受力性能的改善机理,进行了18根试件的轴心受压试验。试验中设计了2种混凝土保护层厚度的配筋钢管混凝土及对应的钢筋混凝土、钢管混凝土和素混凝土等6组试件,以弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段的荷载与位移或荷载与应变关系、承载力、套箍系数为评价参数,研究了此类构件的基本力学特性,并发现:核心混凝土内配置钢筋后采用薄壁钢管是可行的;要提高钢管混凝土的工作性能,配置钢筋的效果明显优于增加钢管壁厚的效果。最终提出了适合此类构件的承载力计算公式。     

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。     

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性; 冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏; 圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

Experiments on rectangular concrete-filled steel tubes loaded axially on a partially stressed cross-sectional area

The present paper aims to experimentally investigate the behaviour of rectangular concrete-filled steel tubular (RCFST) stub columns loaded axially on a partially stressed cross-sectional area. A total of twenty-two specimens, including thirteen partially loaded composite specimens, six partially loaded plain concrete reference specimens and three corresponding fully loaded composite specimens, were tested under concentric loads. The main parameters varied in the tests are: (1) depth-to-width ratio of the rectangular sections: from 1.2 to 1.8; (2) partial compression area ratio (concrete cross-sectional area to partial compression area): from 1.44 to 17.42; (3) steel wall thickness of top endplate: from 0 mm to 12 mm; and (4) shape of the bearing plate for partial compression: rectangular and strip. The test results showed that, while being loaded on partial cross-sectional area, RCFST stub column had a favourable bearing capacity and ductility compared with the corresponding plain concrete specimens. Simplified formulae were used for the prediction of the ultimate strength of CFST stub columns loaded on partial cross-sectional area.     

内填料石钢管混凝土短柱轴压性能研究及承载力计算

为合理重复利用废弃石材,将抗压强度高、脆性强的石材置于钢管混凝土柱(CFST)中部,利用钢管的约束充分发挥石材的抗压强度并延缓其压溃,形成内填料石钢管混凝土(SCFST)柱。为研究SCFST短柱的轴压受力机理,采用通用有限元软件ABAQUS建立SCFST短柱精细化3D有限元模型,并利用已经完成的18根SCFST短柱和6根传统钢管混凝短柱试件的破坏形态和荷载-变形关系试验结果对模型的可靠性进行验证。通过验证后的有限元模型,分析SCFST短柱各部件之间的相互作用及荷载分配规律。在此基础上,进一步开展系统的参数分析,研究内填料石尺寸、钢管壁厚、钢管屈服强度和混凝土强度等参数对SCFST柱轴压性能的影响规律。研究结果表明,不同部件间的相互作用随钢管壁增厚和混凝土强度提高而增大,受内填石料尺寸的影响较小。提出了适用于SCFST短柱的轴压承载力计算式,在研究参数范围内计算式具有较好的计算精度。     

矩形钢管混凝土短柱轴压承载力

提出一种矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算的新方法。与已有的计算方法不同之处在于,所提出的方法考虑了矩形钢管截面长边、短边对核心混凝土约束作用大小不同的特点,应用基于混凝土真三轴受力试验的破坏准则确定管内核心混凝土的峰值强度;同时,考虑矩形钢管截面长边、短边的竖向强度的差异,分别计算矩形钢管长、短边的竖向强度。应用新方法对56根矩形钢管混凝土柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

Behavior and strength of tubed RC stub columns under axial compression

This paper presents an experimental and analytical study on the behavior of axially compressed tubed RC stub columns. Forty specimens including twenty circular tubed RC (STRC) and twenty square tubed RC (STRC) stub columns were tested to investigate the failure mode and axial load strength of tubed RC columns subjected to axial compression. The effect of diameter/width to thickness ratio of the tubes and compressive strength of concrete were also studied. The effect of height to diameter/width ratio of the separated tube in tubed RC columns was studied to investigate the effect of bond and friction between tube and concrete on the behavior of tubed RC columns. Elastic–plastic analysis on the steel tube was employed to study the mechanism of tubed RC stub columns subjected to axial compression. Equations for the prediction of the ultimate axial load strength of tubed RC stub columns were proposed and the results from prediction were compared with the test results.     

钢管壁剥离对钢管混凝土短圆柱的影响

钢管对核心混凝土的约束是受压钢管混凝土的主要优点。然而,这种有利效应常由于钢管壁的剥离而弱化甚至失效,这几乎是钢管混凝土结构不可避免的普遍现象,现有规范也没有较好地考虑此情况。对钢管混凝土柱中的剥离影响进行研究,主要参数有:剥离弧长比、约束因子和加载模式。采用有限元分析软件ABAQUS,建立有限元模型。试验结果验证了该模型的有效性和准确性。利用有限元模型进行参数分析,研究剥离弧长比、剥离厚度、约束因子等参数对剥离试件极限承载力的影响。基于参数分析结果,提出钢管壁剥离的钢管混凝土短圆柱极限承载力的简化计算方法。     

Effects of debonding on circular CFST stub columns

Core concrete subjected to confinement effect from steel tube is the main advantage of concrete filled steel tubular (CFST) column under compression. However, this beneficial composite action could be weakened even destroyed by debonding, which is almost unavoidable as a common phenomenon in CFST structures and has not been considered satisfactorily by current design codes. In this paper, the influence of debonding on circular CFST stub columns was investigated experimentally and numerically. The main experimental parameters were the debonding arc-length ratio, the confinement factor and the load mode. Meanwhile, the finite element models were implemented using the ABAQUS finite element software, of which the validity and accuracy were verified by test results. Utilising the finite element model, the parametric analysis was carried out to study the influence of the following parameters on the ultimate load capacity of debonding specimens: debonding arc-length ratio, debonding thickness and confinement factor. Based on the results of parametric analysis, a simplified calculation formula was proposed to calculate the ultimate load capacity of circular CFST stub columns with debonding.