CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

圆钢管约束超高性能混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）短柱的套箍效应和轴压承载力,进行了12根钢管约束超高性能混凝土短柱的轴压试验,分析其破坏模式、变形及受力全过程。试验结果表明：钢管约束超高性能混凝土轴压短柱破坏模式与套箍系数相关,随着套箍系数的增大,轴压短柱分别出现剪切破坏、混合破坏和腰鼓破坏;套箍系数较小（0.43~0.52）的短柱,其破坏全过程中弹塑性段较短,表现出较明显的脆性破坏,当套箍系数较大（1.21~1.80）时,短柱破坏时的塑性明显增强。基于试验验证的有限元模型,参数分析表明,钢管套箍效应产生的承载力提高系数介于1.2~1.4之间;在0.43≤ξ≤1.08范围内,承载力提高系数随套箍系数增大而增大,建议径厚比的取值范围为12.0~23.0。通过对现有钢管约束混凝土承载力计算方法分析,提出了钢管约束超高性能混凝土轴压短柱承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

初应力对圆钢管混凝土轴压短柱影响的研究

针对初应力对圆钢管混凝土轴心受压短柱的影响进行了分析,得到了受压短柱有初应力时的系列全曲线,理论结果与实验结果相吻合,同时验证了初应力影响钢管混凝土短柱的稳定承载力的结论。     

薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力分析

为了研究薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力是否适用CECS:2012《钢管混凝土结构技术规程》提供计算式,制作了不同壁厚(t=0.92、1.42、1.92 mm)、不同高度、不同钢管强度的9根圆钢管混凝土柱构件进行试验研究;试验结果表明薄壁圆钢管混凝土柱依然有很好的承载力及延性;对构件极限承载力对比发现,试验结果与按构件实际强度计算结果基本吻合,表明薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力依然适用《规程》提供计算式,且按《规程》提供计算式偏于保守,并根据试验结果对薄壁圆钢管混凝土柱的极限承载力取值进行了建议。     

圆钢管再生骨料混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管再生混凝土短柱的轴压性能,以再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维为主要变化参数,设计了6个试件进行试验,观察试件的破坏全过程,分析再生骨料取代率对短柱试件轴压力学性能的影响,结果表明:圆钢管再生混凝土短柱的破坏模态和普通钢管混凝土短柱基本相同,随着再生粗骨料取代率的增大,钢管再生混凝土柱的承载力呈下降的趋势,但变化幅度不大,通过在再生混凝土中掺入矿物掺合料及钢纤维可以改善其性能。     

圆钢管混凝土柱滞回性能研究

利用有限元软件ANSYS建模,对圆钢管混凝土在循环荷载作用下全过程进行了非线性有限元计算,以模拟地震作用对圆钢管混凝土实际受力性能。试验表明：圆钢管混凝土充分利用了钢管与混凝土两种材料的力学优势,是一种优良的结构体系。     

CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

利用有限元模型对碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了研究。介绍了利用有限元实现轴压条件下CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土短柱的建模方法。随后分别与两项试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。基于验证后的有限元模型对CFRP加固承载状态下含腐蚀的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了参数分析。参数包括初始承载率、腐蚀角度、腐蚀深度、腐蚀长度以及CFRP层数。研究发现：CFRP能够提高钢管中部横截面屈服时构件的荷载,并且对极限承载力有明显提升;初始承载率的增大会导致在钢管中部横截面屈服时构件轴向荷载的降低,但对极限承载力并无显著影响。     

圆钢管混凝土柱环梁节点受力性能分析

对某实际工程项目中的圆钢管混凝土柱-钢筋混凝土(RC)环梁节点采取相关图集提供的节点构造样式进行设计,在通用有限元软件ANSYS中建立节点模型,选择合理的钢、混凝土的本构关系,采用两种模式加载,对节点的受力性能进行分析研究.数值模拟试验的结果表明,图集建议形式的带有抗剪环的钢管混凝上柱-RC环梁节点受力合理,符合使用要求,其性能满足“强节点弱构件”的抗震设计要求.     

内置薄壁钢管混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为降低成本和合理化利用材料的性能,提出了一种内置薄壁钢管混凝土叠合柱。在采用有限元软件ABAQUS对该柱进行有限元模拟时,将钢管外混凝土划分为2部分,分别给予不同的本构关系,用以保证有限元模型的精确性;通过有限元模拟分析,研究了混凝土强度等级、径宽比、径厚比,以及钢管屈服强度对内置薄壁钢管混凝土叠合柱力学性能的影响。结果表明,混凝土强度等级以及径宽比对构件力学性能影响较大。     

圆钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析

钢管混凝土短柱在轴心受压下的力学性能作为钢和混凝土组合结构的一个基本力学问题历来受到国内外学者的广泛关注。基于钢管混凝土构件中钢管与核心混凝土相互作用,采用Xiao提出的约束混凝土八面棱柱体应力-应变本构模型及相应的破坏和流动准则,结合经典塑性力学中钢材的各向同性线性强化模型,采用增量法对钢管混凝土轴压短柱进行全过程非线性力与变形分析。研究了钢管和混凝土在整个受力过程中的不同状态,考虑了16种钢管和混凝土之间的约束情况,利用Visual Basic语言编写计算程序计算输出各分类情况下钢管和混凝土在每一增量步下的应力和应变增值。通过与已有试验数据进行比较验证了所提出方法的有效性。     

轴压钢管混凝土柱的有限元分析

以非线性有限元程序ABAQUS为平台,选择合适的本构模型和参数,对4根轴心受压下的钢管混凝土柱进行有限元分析,得到了各柱的荷载—应变曲线,通过与试验数据进行对比,验证了有限元模型的正确性。     

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。     

钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能,基于合理的钢材和混凝土本构关系模型,采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比,验证了理论分析模型的正确性。在此基础上,对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析,提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式,简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作,建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。     

圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱轴压性能研究

为研究再生砖骨料替代天然骨料后钢管混凝土柱的轴压性能,设计了7根圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱并进行轴压试验,考察砖骨料取代率(0%、30%、50%、70%、100%)和长细比(22.86、45.71、68.57)对其破坏模态、荷载-应变关系、承载力、侧向变形及延性等的影响。此外,利用ABAQUS软件开展圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土柱稳定系数-长细比相关曲线的参数分析。结果表明：圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱的破坏模态及受力性能与普通钢管混凝土长柱的相似,具有较高的承载力与延性;柱破坏时均呈现明显的侧向挠曲,钢管中部出现鼓曲,内部混凝土沿截面断裂;柱承载力随砖骨料取代率和长细比的增加而下降,当取代率为100%时承载力相比取代率为0%时下降了12.3%,但取代率在70%以内时,承载力对取代率的变化不敏感,相对取代率为0%时仅下降5.82%;轴压承载力稳定系数随钢材屈服强度、混凝土强度和长细比的提高而降低。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。     

圆钢管混凝土柱抗压性能研究

钢管混凝土是指将混凝土填入钢管内而形成的构件,一般都不再配钢筋,只在极少数的情况下,例如柱子承受很大的压力,或压力小而弯矩大时,则在管内配置纵向钢筋和箍筋,可以追溯到19世纪80年代,如1879年,英国赛文(Seven)铁路桥的建造中采用了钢管桥墩,在管中灌入混凝土,以防钢管内壁锈蚀,并承受压力.     

轴压比对方钢管混凝土柱受力性能的影响

以BASE试件为基础设计了3个具有不同轴压比的ZY试件并进行了非线性有限元分析,研究表明柱轴压比不能太大,把柱的轴压比控制在0.5以内为佳,在方钢管的底部和底角部存在应力集中现象,对方钢管的底部应加大刚度,柱底角部应加强施焊。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

轴压钢管混凝土柱非线性有限元分析

本文介绍了方钢管混凝土柱的三维非线形有限元分析方法,并用该方法分析了两组6个方钢管混凝土轴压短柱的力学性能,有限元计算的极限荷载和荷载应变曲线与试验结果吻合较好。本文方法对于钢管混凝土柱的非线性分析具有借鉴意义。     

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。