多级加载对圆形钢管混凝土短柱轴压性能影响试验研究

为研究连续性施工模式下早龄期钢管混凝土的力学性能,进行了6个圆形钢管混凝土短柱的多级加载试验,分析了初应力度、加载时间间隔、加载级数三个多级加载制度影响参数,并对多级加载后混凝土龄期为28 d的试件进行了轴压承载力试验。试验结果表明:多级加载下早龄期圆形钢管混凝土短柱的徐变比较明显,不能忽略;不同加载制度下,试件初应力度越大、加载时间间隔越短、加载级数越多,其变形值越大;多级加载过程对圆形钢管混凝土短柱28 d后的承载力影响较小。     

Experimental research on influence of multi-level loading on axial compression behavior of concrete-filled circular steel tubular short columns

为研究连续性施工模式下早龄期钢管混凝土的力学性能,进行了6个圆形钢管混凝土短柱的多级加载试验,分析了初应力度、加载时间间隔、加载级数三个多级加载制度影响参数,并对多级加载后混凝土龄期为28d的试件进行了轴压承载力试验。试验结果表明：多级加载下早龄期圆形钢管混凝土短柱的徐变比较明显,不能忽略;不同加载制度下,试件初应力度越大、加载时间间隔越短、加载级数越多,其变形值越大;多级加载过程对圆形钢管混凝土短柱28d后的承载力影响较小。     

长期荷载作用对钢管约束的组合短柱变形及承载力的影响

为研究长期荷载作用对钢管约束钢管混凝土柱、钢管约束钢筋混凝土柱和钢管约束型钢混凝土柱变形和承载力的影响,设计并制作了12个钢管约束钢管混凝土短柱、9个钢管约束型钢混凝土短柱和6个钢管约束钢筋混凝土短柱试件,对其中的4个钢管约束钢筋混凝土短柱、6个钢管约束型钢混凝土短柱和8个钢管约束钢管混凝土短柱进行了760 d的持荷试验,随后对所有试件进行了轴压承载力试验。主要研究参数混凝土强度等级为C50和C70,加载时核心混凝土龄期分别为7,14,28 d。对比分析了各类试件长期变形性能和持荷760 d对试件轴压性能的影响,结果表明：1)3类试件的长期变形均主要发生在加载前期,呈现出前期增长较快、后期随时间增长而逐渐减慢的趋势,其中钢管约束钢管混凝土试件的长期变形最小;2)低应力长期荷载作用、核心混凝土及夹层混凝土的长期变形对此3类试件的轴压承载力几乎无影响;试件类型、加载龄期和混凝土强度等级对试件承载力的影响较小;3)是否预先受载对试件破坏模式没有显著影响,钢管约束钢筋混凝土和钢管约束型钢混凝土试件均表现为明显的剪切破坏,而加载龄期较早或混凝土强度中等的钢管约束钢管混凝土试件呈现较好的腰鼓型截面...     

变截面钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究圆形变截面钢管混凝土短柱的轴压性能,采用ABAQUS有限元软件建立不同设计参数的圆形变截面钢管混凝土轴心受压短柱的有限元模型,对其进行受压全过程分析,研究了其破坏形态;同时选取截面尺寸相同的试件的中间截面为研究对象,分析了不同变角度和含钢率对中间截面的钢管与混凝土间相互作用的影响。研究结果表明:圆形变截面钢管混凝土轴压短柱荷载-变形曲线与等截面钢管混凝土短柱类似;轴心受压的变截面钢管混凝土短柱在小截面端发生破坏;随着变角度与含钢率的增加,试件中间截面的钢管与混凝土间相互作用增大。因此,截面设计参数相同时,圆形变截面柱的截面轴压承载力要强于相同截面的等截面柱。在进行变截面柱的设计时,各截面的轴压承载力可偏于安全地按等截面柱的方法计算。     

钢管高强再生混凝土柱轴压性能试验研究

为研究钢管高强再生混凝土柱与钢管高强普通混凝土柱轴心受压性能的差异,进行了圆形和方形两种截面形状、高强普通和再生两种混凝土、方钢管内配置与不配置钢筋两种构造的5个钢管混凝土足尺试件轴压性能对比试验。通过试验,分析了混凝土种类、截面形状和配置钢筋对试件承载力、耗能及延性的影响。试验结果表明：钢管再生混凝土柱的损伤发展过程和破坏形态与钢管普通混凝土柱相似;在截面积、含钢率、材料强度相同的条件下,圆形截面试件较方形截面试件具有更高的承载能力和较好的变形能力;混凝土种类对方形截面试件轴心受力性能影响不大;方钢管内配置钢筋可加强对核心混凝土的约束作用,提高试件的承载力和变形性能。根据国内外相关规程对试件的轴压承载力进行了计算,引入尺寸效应影响系数,提出了方钢管混凝土柱承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

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。     

薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

对7种不同截面形式的12根钢管混凝土短柱进行了轴压力学性能试验,观察了12根短柱的试验过程和破坏形态,获得轴压短柱的荷载-位移曲线,分析了套箍系数ξ对轴压短柱力学性能的影响;基于试验荷载-位移曲线,给出短柱的极限承载力,为不同截面形式的钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式的建立提供依据。     

设肋方形薄壁钢管混凝土短柱试验研究

为改善方形薄壁钢管混凝土矩柱的力学性能。本文提出了设置纵向劲肋的截面形式,进行了3种截面形式共有9个短柱试件的轴压试验。通过对各种截面形式短柱的试验现象、荷载-位移曲线及极限承载力等的研究,证明纵向加劲肋可有效提高薄壁钢管混凝土短柱的静力性能。     

劲化方形截面钢管混凝土短柱轴压试验研究

采用劲化方形截面钢管混凝土柱可以有效地提高柱钢管壁的侧向刚度,增强其抵抗局部屈曲的能力和改善对核心混凝土的约束作用。通过普通方形截面钢管混凝土柱和劲化方形截面钢管混凝土短柱的轴压试验,对柱的轴压破坏形态、轴力-变形特征、钢管应变等进行了分析。结果表明：劲化带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,明显提高了方形截面钢管混凝土柱的轴压承载力和变形能力。根据劲化方形截面钢管混凝土短柱的受力分析,提出了轴压承载力计算式,计算结果和试验结果吻合良好。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套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11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。     

钢管混凝土短柱的抗震性能和承载力

通过对同时承受恒定轴压力和横向往复荷载的8个试件进行试验,研究了钢管混凝土短柱的抗震性能。对3个钢管混凝土圆形柱和3个钢管混凝土方形柱做了试验,并与两个普通钢筋混凝土柱进行对比,采用了不同的轴压比(n0=0.3,0.4,0.5)来模拟恒载。试验结果表明,钢管混凝土短柱的抗剪强度、塑性变形能力、延性指标、耗能能力高于相同状态下的钢筋混凝土柱。钢管混凝土圆形短柱和方形短柱的横向承载力随轴向恒载的升高而升高,而轴压比对它们的塑性变形能力影响不大。圆形柱中钢管比方形柱能更有效防止混凝土的剪切破坏。在短柱中使用剪切连接螺栓防止混凝土和法兰盘钢构件的粘结破坏。采用修正的ACI设计方法计算钢管混凝土圆形柱及方形柱的名义剪切强度。     

矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究

对6根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土短柱试件进行轴压试验,研究了内外钢管的长宽比对短柱的力学性能的影响。试验结果表明:比较内管相同的试件,外管截面尺寸较大者其轴压承载力略高;比较外管相同的试件,由于混凝土的减少和内管的局部屈曲,轴压承载力随内管的增大略有下降,本次试验中的实心钢管混凝土短柱的轴压承载力略高于中空夹层钢管混凝土短柱。同时用ABAQUS有限元软件对试件轴压全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

异形钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立等截面周长的三角形、扇形、D形、1/4圆形、1/2圆形5种异形截面钢管混凝土短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,对比圆形截面进行6组试验,有限元计算与试验所得的荷载-应变全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上,对荷载-应变关系全过程中钢管与混凝土的相互作用进行分析,最后对截面形式、钢管壁厚(t)、钢管屈服强度(fy)、混凝土抗压强度(fcu)等几种影响异形钢管混凝土短柱承载力和变形的因素进行比较。结果表明:异形钢管混凝土短柱在1/2柱高处发生向外鼓曲破坏,截面形式、钢管壁厚、混凝土抗压强度等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

局部承压圆钢管混凝土柱力学性能研究

为了研究不同截面形状垫块作用下圆钢管混凝土柱的局部承压性能,进行了14个试件的试验研究,考察了垫块截面形状、局部承压面积比和端板厚度对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态、荷载-变形曲线及承载力的影响。结果表明,垫块截面形状对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态的影响较小,但方形垫块作用试件的承载力和荷载-变形曲线的初始斜率略高于圆形垫块作用试件。在确定钢材和核心混凝土本构模型的基础上,建立有限元模型对局部承压圆钢管混凝土柱的力学性能进行了模拟,总体上模拟结果与试验结果符合较好。最后,根据研究结果修正了以往圆钢管混凝土柱局部承压承载力的计算方法。     

薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压破坏研究

进行了薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了荷载与应变(或变形)关系曲线.分析了薄壁方形钢管再生块体混合短柱荷载与应变(或变形)关系曲线,探讨了再生块体与新拌混凝土组合层核心混凝土强度对试件受力性能和破坏形态的影响,提出了该种结构构件的理论破坏模型.结果表明:薄壁方形钢管再生块体混合短柱试件主要破坏形态为腰鼓形压皱破坏;在弹性阶段,钢管中截面和角部的应变增长均匀且二者纵向应变增长相对一致;在破坏阶段,不带肋试件呈现软化现象,带肋试件呈现加劲特性.组合层处的核心混凝土强度对试件的力学性能和破坏形态有较大影响.     

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。     

FRP管与钢管复合混凝土短柱的轴压性能研究

轴压性能是衡量FRP管与钢管复合混凝土柱的一项基本性能指标。通过6根FRP管钢管复合混凝土组合短柱的轴压试验,研究了夹层混凝土的类型和厚度、加载方式对轴压性能的影响,并利用有限元软件ANSYS对试验结果进行了验证。研究结果表明,全截面加载和核心加载两种加载方式下,夹层混凝土类型对组合短柱轴压性能的影响均不明显。全截面加载时,FRP管与钢管工作协同性能最好;夹层混凝土厚度较大的试件的承载力与延性性能较好;核心加载时,夹层混凝土厚度大的试件延性较好,但承载力较差。