矩形钢管高性能混凝土偏压构件承载力试验研究

随着高性能混凝土在实际工程中的不断推广应用,钢管高性能混凝土的力学性能也已引起工程界的广泛关注。以长细比和偏心率为变化参数,共进行了6个矩形钢管高性能混凝土偏心受压构件的试验研究。结果表明,钢管高性能混凝土试件在加载过程中表现出一定的脆性。利用纤维模型法计算了试验构件的极限承载力。最后,利用已有规程中规定的构件承载力计算公式验算了试验结果,二者基本吻合。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。     

内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究北大核心CSCD

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。     

偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有捏拢现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

方钢管高强混凝土偏压构件的试验研究与理论分析

本文进行了8根方形截面钢管高强混凝土单向压弯构件的试验研究,研究构件在不同长细比、偏心率和含钢率下的力学性能,长细比取25.4、50.8和71.6三种,偏心率在0.140～0.288之间变化,含钢率取8.2%和14.3%两种。研究结果表明:构件的承载力随着长细比和偏心率的增加迅速降低,含钢率为8.2%的构件在达到极限承载力之前钢管出现了局部屈曲。在进行试验研究的同时,还编制了非线性分析程序BC,用来分析方钢管高强混凝土压弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上分析了长细比、含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度等因素对偏压构件N/Nu(η)-M/Mu(ζ)相关曲线的影响。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短。     

矩形钢管混凝土双向偏压构件计算方法

在纤维模型法的基础上建立了能够考虑双向偏压构件截面变形轴扭转的计算矩形钢管混凝土双向偏压构件承载力和变形的方法。根据本文的计算方法编制了非线性分析程序,程序计算结果跟试验结果进行了对比,吻合良好。试验结果跟欧洲规范4和国内的矩形钢管混凝土结构技术规程进行了对比,对比结果表明由两种规范计算矩形钢管混凝土双向偏压构件的轴向承载力（Nu）偏高于试验结果。     

钢管混凝土构件抗震性能研究

钢管混凝土结构以其卓越的性能与综合效益目前在我国的桥梁与高层建筑方面得到了广泛的应用。文中试图就钢管混凝土构件在地震作用下的力学性能用有限单元法做进一步的探讨。     

#br#偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

带肋薄壁方钢管混凝土偏压构件力学性能研究

采用通用有限元软件ABAQUS对带肋薄壁方钢管混凝土偏心受压构件的力学性能进行分析,并与试验结果进行比较,计算结果与试验结果吻合良好,表明所建立的有限元分析模型可较好地预测带肋薄壁方钢管混凝土的偏压力学性能。在此基础上,采用数值方法讨论了设肋与否对薄壁方钢管混凝土偏压构件力学性能的影响。     

复式钢管混凝土偏压柱试验

通过对9个不同尺寸和壁厚的内圆外方的复式钢管混凝土柱试件(其中内(圆)增强方钢管混凝土试件6个,方中空夹层钢管混凝土试件3个),进行偏压试验得到极限承载力和荷载-变形曲线。试验表明,对内(圆)增强方钢管混凝土,内置圆钢管的存在能够对偏压方钢管内核心混凝土起增强作用,且这种增强作用随着圆管管径的增大愈加明显;对于方中空夹层复式钢管混凝土偏压短柱,随着圆钢管管径的增加,其承载力降低的程度愈大。     

内填纤维混凝土加固钢管柱轴压性能研究

通过有限元方法研究内填纤维混凝土加固钢管柱轴压性能,分析钢管初应力、构件长细比、含钢率、内填混凝土强度等对加固柱受力性能的影响.结果表明:初应力的存在降低了加固钢管柱的轴压承载力,表现出初应力越大承载力降低越大的趋势;随着长细比的增大,初应力对加固钢管柱轴压承载力的影响越显著.通过引入承载力系数(K)考虑钢管初应力对内填纤维混凝土加固钢管柱轴压承载力的影响,研究发现钢管初应力和长细比是影响K的主要因素,含钢率、内填混凝土强度等对Kc的影响为2％,计算承载力时可不予考虑.在此基础上,提出了考虑初应力影响的加固钢管柱轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合较好.     

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。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压性能

为研究采用外包薄壁钢管、内灌自流平微膨胀灌浆料约束加固受火后钢筋混凝土柱的偏压性能,进行了2根未受火混凝土柱、2根受火后混凝土柱和6根受火后再加固的混凝土柱的受压试验研究,分析了不同荷载偏心率对外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱偏压承载性能的影响规律。考虑外包薄壁钢管的约束效应和高温对混凝土损伤影响,给出了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法。结果表明:荷载偏心率为0、0.87的混凝土柱受火90 min后,其极限荷载分别降低了30.3%、47.4%;外包薄壁钢管对受火后混凝土轴压柱的加固效果较好,对偏压柱的加固效果略有降低,受火后荷载偏心率为0、0.87混凝土柱经加固后极限荷载分别比对应的未受火混凝土柱提高2%、降低4.7%;外包薄壁钢管加固可显著提高混凝土柱的延性;当荷载偏心率不超过1.07时,加固后试件的极限荷载随荷载偏心率的增加近似呈线性降低;提出的外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

多腔T形钢管混凝土柱偏压性能试验研究

为研究偏心荷载作用下多腔T形钢管混凝土柱的力学性能,开展1根普通T形钢管混凝土柱和5根多腔T形钢管混凝土柱在不同偏心距下的轴心或偏心受压试验,主要考察偏心距和高宽比对多腔T形钢管混凝土柱受压性能的影响。试验结果表明,与含钢率基本相当的T形钢管混凝土柱相比,采用多腔T形截面能更好地发挥钢管对核心混凝土的约束作用,且具有更高的承载力和更好的变形性能。多腔T形钢管混凝土柱的极限承载力随偏心距的增大而降低;当试件高度由720mm增大至1 800mm时,多腔T形钢管混凝土柱的极限承载力呈降低趋势,但试件未出现失稳破坏特征。     

钢管高强混凝土压弯构件抗震性能的试验研究

本文通过对8根钢管高强混凝土压弯构件试件在恒定轴力和水平周期反复荷载作用下抗震性能的试验研究,阐述了混凝土强度、轴压比和含钢量对钢管高强混凝土压弯构件延性性能的影响,由试验结果分析了影响构件延性性能的主要原因及因素,并提出建议。     

圆CFRP-钢管混凝土压弯构件静力性能试验研究

进行了32个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的试验研究。结果显示,构件的载荷-中截面挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段,构件的破坏属于延性破坏。分析表明,从加载之初直到极限荷载,钢管和CFRP在纵向和环向都可以协同工作,环向应变沿截面周边分布不均匀;钢管纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定;纵向受压的钢管存在内力重分布过程,纵向受拉区钢管对核心混凝土的环向约束效果不显著;构件的挠曲线大致为正弦半波曲线。采用纤维模型法分析圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的荷载-中截面挠度曲线,分析结果与试验结果吻合较好且偏于安全。     

复合钢管高强混凝土构件受弯性能试验研究

为研究复合钢管高强混凝土构件的受弯性能,完成了8个试件的静力试验。结果表明,试件跨中挠度达到其跨度的1/18时,除个别试件外,承载力均尚未下降;增大方钢管的壁厚或增大圆钢管的直径,都可提高构件的受弯承载力和弹性抗弯刚度。采用简化纤维模型(条带法)计算试件的跨中弯矩-挠度关系曲线,采用叠加法计算试件的受弯承载力,两者所得结果与试验结果均符合良好。     

内配加劲件钢管混凝土构件受弯性能理论与试验研究

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.919 9,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

碳纤维加固混凝土偏压构件正截面承载力的研究

定义了碳纤维加固混凝土偏压构件的四种破坏形态——受拉破坏、受压破坏、界限破坏和极限破坏,并在基本假定的基础上,利用静力平衡条件,提出了考虑二次受力时不同破坏形态下未破损截面和破损截面的承载力简化计算公式,N-M相关曲线表明碳纤维的加固作用可大幅度提高混凝土大偏压构件截面的抗弯承载力。对于易在拱顶和边墙部位发生受拉破坏的隧道衬砌,碳纤维可有效提高这类结构的承载能力,发挥其高强高效的加固作用。研究成果不仅验证了碳纤维加固隧道衬砌结构的有效性,还对碳纤维加固隧道结构设计方法的形成具有一定的参考价值。