圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究

圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力.为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了 8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证.结果表明:基于双剪切统一强度理论、极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ/T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差.推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算.最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为 e/R≤1.55.     

开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究

为加强方钢管与管内混凝土的组合作用,提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比和偏心率为参数,进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验,同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏压对比试验。试验结果表明:无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%,比钢板加劲肋构件降低了4.33%,PBL加劲肋的主要作用体现在加强钢管与核心混凝土的组合作用,试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏压柱承载力计算公式为基础,考虑PBL加劲肋和孔内"混凝土榫"的作用,提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,公式计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力研究

方钢管膨胀混凝土是一种较为理想的钢管混凝土结构。在偏压试验的基础上,依据现有规程对方钢管膨胀混凝土偏压短柱构件承载力进行研究,并依据极限平衡理论,提出适合方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力的计算方法,供工程实践和相关理论研究参考。     

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响，提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验，建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上，分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明：构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏，达到极限承载力后，单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作，具备一定承载能力，体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范，给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式，公式计算结果与有限元结果吻合较好。     

内置碳纤维复材圆管直径尺度对方钢管混凝土短柱力学性能的影响

为分析内置不同管径的碳纤维复材(CFRP)圆管对方钢管混凝土(CFSST)短柱轴压力学性能的影响,探索偏压短柱的失效原因,基于短柱轴压与双向偏压试验数据,剖解了双向偏压短柱,并使用ABAQUS软件对短柱进行了有限元计算。在验证有限元模型正确的基础上,计算和分析不同直径的CFRP管对轴压短柱极限承载力的影响,提出了内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力提高度计算式。结果表明:增加CFRP管径尺度可以提高内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力;CFRP管破裂是偏心距较小的内置CFRP管的方钢管混凝土偏压短柱最终失效的直接原因;内置CFRP管的方钢管混凝土短柱极限承载力提高度计算式综合反映了CFRP管径尺度、CFRP约束效应系数、钢管约束效应系数等的影响;增加双向偏压短柱的偏心距,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土双向偏压短柱的极限承载力降低;偏心距较大的短柱临近失效时,内核混凝土受压区减小,CFRP管可能不会发生纤维方向的断裂损坏。     

方钢管再生混凝土偏压长柱受力性能试验研究

通过方钢管再生混凝土偏压长柱静力试验研究其受力性能,考虑了长细比、偏心距、截面含钢率及再生骨料取代率4种因素,同时使用DS2声发射信号分析仪对试验进行监测。得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及声发射采集绘制混凝土损伤点3D定位图等数据,采用各规范对钢管再生混凝土偏压长柱承载力进行计算,并与实测结果进行比较。分析结果表明,随含钢率的增大,方钢管再生混凝土偏压长柱的刚度相应增大,含钢率越大其延性越好,而偏心距越大其刚度退化也越快,声发射仪器对混凝土损伤定位区域与实际破坏区域较吻合,建议采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》中给出的公式计算方钢管再生混凝土偏压长柱的承载力。     

内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压性能试验

为了揭示内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压性能,开展了8根该类柱及2根传统方钢管混凝土柱的偏心受压试验,考察了取钢率(角钢质量与总用钢质量之比)、角钢到钢管内壁净距、偏心距等主要参数对柱偏压性能的影响,探讨了内置高强角钢的方钢管混凝土柱偏压承载力计算方法.结果表明:在总用钢量基本保持不变的情况下,合理确定取钢率和角钢到钢...     

方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力研究

运用统一强度理论,考虑中间主应力及钢管对混凝土的约束作用,在研究轴心受压承载能力的基础上,引入偏心率和长细比对柱承载力的影响,同时用厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数对承载力进行折减,在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上得出了方钢管-钢骨混凝土柱偏压极限承载力的计算公式。与有关文献试验结果进行了比较,吻合较好,验证了公式的正确性及可行性。结果表明:该公式有较强的适用性,为方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考。     

基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱局部屈曲分析

假定方钢管混凝土偏压柱钢板四边均为固定约束,建立基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型。利用所建立模型计算了不同应力梯度下方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数,从而得到偏压下方钢管混凝土柱的局部屈曲强度。为了验证模型正确性,对基于所述模型的方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数计算值与基于能量变分法公式的计算值进行比较,两者非常吻合。同时,基于本文模型的局部屈曲强度计算值与先前试验结果比较,亦整体吻合良好。从而进一步验证了所述模型的正确性。最后,研究了偏压下方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,给出了不同应力比时方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,以便于工程设计应用。     

T形方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力研究

通过理论计算和有限元模拟对T形方钢管混凝土组合异形柱的偏心受压承载力计算方法进行研究。设计9根不同长细比偏心力作用的T形组合柱,借鉴《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159：2004）》压弯构件的计算方法,对设计构件进行理论计算,并应用ANSYS有限元软件对设计构件进行偏压承载力计算。分析结果表明：T形组合柱在偏心受压破坏时,为整体弯曲破坏;理论计算与有限元分析计算结果吻合较好;验证了采用理论计算方法计算方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力的可行性。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

圆钢管混凝土轴压长柱极限承载力的稳定系数法

为完善圆钢管混凝土轴压长柱极限承载力的计算理论,对比分析了中国国家标准GB50936—2014和CECS 28:2012中轴压短柱极限承载力的N0计算公式,并把GB 50936—2014中基于套箍系数的N0计算公式改写成统一的形式,提出了基于正则长细比的轴压长柱的稳定系数计算式,并通过36个试件的对比,对计算式的精度和适用范围进行了分析。研究表明,现行国标GB 50936—2014中基于套箍系数的N0计算公式更为精确,基于N0计算公式和本文的稳定系数,可以计算得到更为精确的轴压长柱的极限承载力。     

足尺钢管混凝土柱爆炸作用后残余承载力试验研究

设计并制作了4个足尺圆形截面和4个足尺方形截面钢管混凝土柱,对其进行了爆炸试验。通过对爆炸后挠跨比（爆炸导致的跨中挠度和柱长度之比）小于1/100的4根钢管混凝土柱施加竖向压力,得到了钢管混凝土柱在承受爆炸作用后的残余承载力,并分析了钢管混凝土柱在残余承载力试验中的应变发展情况,其中,圆形截面试件应变曲线有明显屈服平台,表明圆形截面钢管混凝土柱的损伤后变形能力优于方形截面钢管混凝土柱。试验后剖开6根钢管混凝土柱试件外钢管,分析了钢管混凝土柱在残余承载力试验前后的破坏情况,试验前后其破坏模式基本一致。应用钢管混凝土统一理论修正公式,对4根残余承载力试验试件进行了损伤程度评估,其中3根为中度破坏,1根为重度破坏,未出现倒塌现象。     

薄壁方钢管混凝土短柱承载性能非线性有限元分析

采用ANSYS软件,对薄壁方钢管混凝土短柱的承栽性能进行非线性有限元分析.考虑轴压作用下带肋与不带肋两种截面形式的薄壁方钢管混凝土短柱力学性能,并得出其破坏模态,计算结果与试验结果吻合较好.针对该类构件,探讨加劲肋和钢管强度对其承载力的影响.结果表明,设置加劲肋能有效提高薄壁方钢管混凝土短柱的轴压承载力,与不带肋短拄相...     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱承载力分析

对带肋薄壁方钢管混凝土柱在火灾下的承载力进行了分析,考察了各重要参数对构件承载力影响系数的影响。结果表明:在火灾作用下,带肋薄壁方钢管混凝土柱的承载力损失较为严重,在一定参数范围内,截面尺寸、构件长细比和防火保护层厚度对火灾下构件承载力影响系数的影响较大,荷载偏心率、截面含钢率的影响次之,钢管屈服强度、加劲肋屈服强度、混凝土抗压强度的影响较小,加劲肋宽厚比在荷载比≤0.3且宽厚比≤25的情况下有一定影响。在构件外表面采用防火保护能有效提高耐火极限,而且厚涂型钢结构防火涂料的效果明显优于水泥砂浆保护层。     

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式, 为其灾后修复和加固提供参考。     

Experimental research on mechanical behavior of concrete-filled thin-walled stiffened square steel tubular short column under axial load

为研究带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、加劲肋宽度和加劲肋个数为参数,对26个薄壁方钢管混凝土短柱进行了试验研究。研究结果表明：对于无肋试件,在达到承载力以前管壁已经发生鼓曲,且试件宽厚比越大,鼓曲越早发生,鼓曲部位的钢管截面越早退出工作,没有发挥出钢管混凝土的优势。设置加劲肋后薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能得到明显改善,钢管壁的局部鼓曲得以延缓,材料强度得到了充分利用,试件承载力提高。当试件宽厚比为60、80时,加劲肋宽度对试件承载力影响最明显,加劲肋宽度越大,承载力越高,增加加劲肋个数对试件承载力影响不大;而当试件宽厚比为100时,设置单个加劲肋已不能满足对管壁局部屈曲的抗弯刚度要求,必须增加加劲肋的个数以增加约束钢管变形的支撑点,减小管壁局部屈曲的波长,提高试件局部屈曲的临界荷载。同时利用ABAQUS有限元计算软件对薄壁带肋方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程进行了模拟,并将试验结果与有限元模拟结果进行了对比,两者吻合良好,为下一步分析奠定基础。     

Experiment study of stirrup-confined concrete-filled square double-skin steel tubular stub columns under axial loading

通过带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力性能试验,研究了拉筋配箍率对试件承载力、刚度、延性及横向变形系数的影响。采用混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元分析软件建立并验证了带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱三维实体有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外方钢管和混凝土约束作用机理。研究结果表明:拉筋能有效缓解了方钢管的局部屈曲,对短柱承载力、刚度、延性的提高效果明显;拉筋加强了内钢管对混凝土的约束作用,使得内钢管受力更加合理,并且拉筋配箍率越大,约束作用越明显。     

带肋方钢管混凝土轴压短柱试验研究及有限元分析

以方钢管宽厚比和加劲肋高厚比为主要变化参数,进行了14个带肋方钢管混凝土轴压短柱试验研究;同时采用有限元软件ABAQUS对带肋方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系进行了计算,计算结果与试验结果吻合良好。同时从应力-应变关系、核心混凝土和钢管的纵向应力分布及其相互作用等方面对比分析了无肋、单肋和双肋方钢管混凝土轴压短柱的受力性能。分析结果表明：设置加劲肋不仅提高了核心混凝土的纵向应力,而且明显减小了钢管管壁的拉应力区范围,改善了管壁的稳定性;带肋试件的约束作用主要集中在钢管角部和加劲肋处,随着每边加劲肋数量的增加,角部约束力明显增大。图13表1参11