热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

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。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

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。     

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。     

不锈钢管与钢纤维增强再生混凝土组合柱的轴压性能研究

研究了不同再生骨料替代率下,不锈钢管与钢纤维增强再生混凝土组合柱的轴压性能,获得了试件的破坏形态、荷载-位移曲线和轴压刚度。结果表明:根据荷载-位移曲线的变化特征,可将试件按承载力稳定性分为不稳定和稳定两类;不稳定试件峰值荷载后的荷载-位移曲线快速探底,此后荷载开始缓慢提升,轴向变形快速增大;稳定试件峰值荷载后的荷载-位移曲线沿水平方向发展,试件的持荷能力突出;试件的轴压刚度在0.3~0.9倍的峰值荷载时达到最大,此时钢与混凝土的材料损伤相对较小,钢管对混凝土的约束效应相对有效;随着再生骨料替代率的增大,试件的轴压刚度逐渐降低;钢纤维抑制了裂缝的发展,维护了混凝土的整体性,从而提高了试件的轴压刚度。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算EI北大核心CSCD

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压性能,对11个组合柱试件进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个设计参数,观察了试件的受力全过程以及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线;重点分析了设计参数对组合柱轴压性能的影响。研究结果表明：组合柱主要破坏特征为型钢屈服后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;组合柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但试件仍表现出良好的变形能力;减小圆钢管径厚比和增大型钢配钢率均可提高试件的轴压承载力和变形能力;长细比的增大降低了组合柱的轴压承载力;此外,组合柱的横向变形系数约为1.2。在此基础上,基于极限分析法和试验数据,提出了适用于圆钢管型钢混凝土组合柱的轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压性能,对11个组合柱试件进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个设计参数,观察了试件的受力全过程以及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线;重点分析了设计参数对组合柱轴压性能的影响。研究结果表明:组合柱主要破坏特征为型钢屈服后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;组合柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但试件仍表现出良好的变形能力;减小圆钢管径厚比和增大型钢配钢率均可提高试件的轴压承载力和变形能力;长细比的增大降低了组合柱的轴压承载力;此外,组合柱的横向变形系数约为1.2。在此基础上,基于极限分析法和试验数据,提出了适用于圆钢管型钢混凝土组合柱的轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。     

Experimental research on seismic behavior of steel reinforced concrete cross-shaped column

为了研究钢-混凝土组合十形柱的抗震性能,设计了6个钢-混凝土组合十形柱和1个普通钢筋混凝土十形柱并进行低周反复加载试验,得到其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析其承载力和延性等抗震性能指标,研究配钢形式和轴压比对其抗震性能的影响。研究表明：与普通钢筋混凝土柱相比,钢-混凝土组合十形柱的滞回曲线更为饱满,承载力、变形能力和延性均有显著提高;“T形钢+方钢管”配钢试件在承载力、变形能力和延性等方面均优于实腹式配钢试件;当轴压比在0.19~0.34之间增加时可以提升试件的延性,当轴压比增大至0.34以后,延性开始下降;和实腹式配钢试件相比,“T形钢+方钢管”配钢试件中型钢的作用发挥得更合理,抗震性能更优。     

钢-混凝土组合十形柱抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土组合十形柱的抗震性能,设计了6个钢-混凝土组合十形柱和1个普通钢筋混凝土十形柱并进行低周反复加载试验,得到其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析其承载力和延性等抗震性能指标,研究配钢形式和轴压比对其抗震性能的影响。研究表明:与普通钢筋混凝土柱相比,钢-混凝土组合十形柱的滞回曲线更为饱满,承载力、变形能力和延性均有显著提高;"T形钢+方钢管"配钢试件在承载力、变形能力和延性等方面均优于实腹式配钢试件;当轴压比在0.19~0.34之间增加时可以提升试件的延性,当轴压比增大至0.34以后,延性开始下降;和实腹式配钢试件相比,"T形钢+方钢管"配钢试件中型钢的作用发挥得更合理,抗震性能更优。     

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。     

钢-竹组合工字形柱偏心受压性能试验研究

为研究钢-竹组合构件偏心受压时的受力性能,设计制作了36根钢-竹组合工字形柱并进行偏心受压试验。以偏心距、长细比、有无螺钉连接为主要参数,分析不同参数对组合柱破坏形态、承载能力、侧向挠度等的影响。依据采用偏心距增大系数的极限平衡法和引入参数影响系数的统一理论法推导了两种偏压承载力理论计算式。结果表明：钢-竹组合柱受力性能优良,组合效应突出,破坏形态具有一定规律性;偏心距较小时由底部牛腿区域出现竹材劈裂后向中部扩展而破坏;偏心距及长细比较大时由受压侧中部竹板劈裂鼓起后向两端延伸而破坏;偏心距对试件承载力和侧向挠度均有较大影响;有无螺钉对试件承载力无明显影响,布置螺钉减小了侧向挠度;在设计参数范围内,承载力受长细比影响不显著,随长细比增加呈缓慢降低趋势;承载力计算值与试验值吻合良好,误差均在10%以内。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承 载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进 行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位 置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明：双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺 钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯 曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心 距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。     

带约束拉杆方钢管/竹胶合板组合柱轴压蠕变性能

对4根带约束拉杆薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCCB)试件进行轴压蠕变试验以及蠕变后二次轴压破坏试验,考察试件的轴压蠕变特点、蠕变后受压破坏形态,并分析长期承载对SBCCB试件轴压极限承载力的影响.结果表明:SBCCB试件的轴压蠕变应变随试件长细比的增大而减小、随轴压应力水平增加而增加;不同长细比试件的蠕变应变-时间曲线均包含瞬态蠕变阶段和稳态蠕变阶段,温湿度变化对其局部蠕变有影响;蠕变对试件的轴压承载力、轴向及侧向变形能力有较大影响;基于流变力学理论的Burgers计算模型可较好地预测SBCCB试件的蠕变应变发展.     

钢管高强混凝土组合柱的受剪性能及承载力计算

为了研究钢管混凝土组合柱的受剪机理及承载力,以剪跨比、箍筋形式、体积配箍率、轴压比和钢管尺寸为变化参数,设计了12个钢管高强混凝土组合柱进行受剪性能试验,分析组合柱的破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、变形以及承载力等受力性能的变化规律.研究表明:组合柱破坏形态受剪跨比和箍筋形式的影响显著,除剪跨比1.5的...     

方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱力学性能研究

以端弯矩比、长细比和荷载偏心距为主要变化参数,进行了12个方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱试验研究。试验结果表明：对于长细比为40.1的试件,端弯矩比对试件破坏形态影响很大,端弯矩比为-1的试件挠曲线为S型,而端弯矩比为1的试件挠曲线为正弦半波;而对于长细比为20.6的短柱试件,端弯矩比对试件破坏形态影响不明显;长细比和偏心距越大,承载力越小;随端弯矩比β从-1~1变化,试件承载力逐渐减小。采用两种计算方法对试件承载力进行了计算,并与试验结果进行对比,计算结果总体低于试验结果。采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的受力全过程进行分析,计算得到的试件破坏形态与荷载 变形关系曲线均与试验结果吻合良好。在此基础上,对3种不同端弯矩比的典型算例进行计算,从试件的变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土纵向应力分布及钢管与核心混凝土的相互作用等4个方面对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的工作机理进行对比分析。研究结果表明：随着端弯矩比由-1~1变化,试件的侧向挠度增大,核心混凝土承担荷载降低,试件承载力降低;所有试件的钢管均表现出良好的约束性能。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明：大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。