弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明：钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足“平截面假定”;在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大（为1.90）时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小（为0.96）时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

#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。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

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。     

焊接栓钉型钢混凝土柱压-弯-剪-扭滞回性能试验研究

为了研究压-弯-剪-扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的滞回性能,通过研发的试验装置,对设计的9个试件进行恒定轴压力下低周反复弯-剪-扭的加载试验,考虑了栓钉位置、栓钉间距和栓钉长度等3个变化参数。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取其弯矩-位移和扭矩-扭率滞回曲线,并分析了试件破坏形态、滞回曲线、刚度退化、能量耗散、延性等抗震性能指标。结果表明：恒定轴压力反复弯-剪-扭作用下,型钢混凝土试件表现为以弯曲破坏为主、伴随扭转斜裂缝的弯扭型破坏形态;弯矩-位移滞回曲线呈梭形,滞回环饱满,而扭矩-扭转角滞回曲线则呈反S或Z形,滞回曲线不饱满;扭矩作用下,型钢混凝土柱的延性变差;通过焊接栓钉可提高其延性,栓钉间距越小延性越好,当型钢翼缘和腹板交错焊接栓钉时,更有利于提高构件的抗震性能。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0. 08～0. 28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0. 13～0. 23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载下的抗震性能研究

为研究钢管混凝土的抗扭性能,完成8个钢管混凝土柱试件在纯扭和压扭荷载下的拟静力试验,变化截面形式、含钢率和轴力大小等参数。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭矩荷载作用下的滞回曲线非常饱满,没有"捏拢"现象产生,卸载刚度几乎等于初始弹性刚度,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。轴力较小时,轴力对钢管混凝土柱的抗扭承载力有提高作用,且延性较好;但轴力较大时,轴力将削弱钢管混凝土柱的抗扭承载力。在纯扭荷载作用下,钢管内的混凝土由于斜向开裂形成螺旋斜压杆,斜向压力的轴向分量由钢管的轴向拉力平衡,导致钢管存在拉应变。在纯扭和压扭荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。基于试验结果和已有文献研究成果,较为全面地分析钢管混凝土的抗扭机理,为进一步开发可考虑扭转作用的钢管混凝土杆系单元提供研究基础。     

空腹式型钢混凝土L形柱压弯剪扭抗震性能试验研究

为研究空腹式型钢混凝土L形柱压弯剪扭滞回性能,以扭弯比、肢高肢厚比为变化参数,设计6个试件进行恒定轴压下的低周反复弯-剪-扭加载试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程,获取了试件的扭矩-扭转角、弯矩-位移滞回曲线,分析了试件的破坏形态、承载能力、刚度退化、延性及耗能能力等抗震性能指标。结果表明：随着扭弯比的增大,L形柱的破坏形态表现为弯曲破坏、弯剪破坏及弯扭破坏;L形柱的扭矩-扭转角滞回曲线中部捏拢,形成滑移平台,峰值荷载后有明显的荷载“跌落”现象;弯矩-位移滞回曲线相对饱满,L形柱的受弯性能优于受扭性能。压弯剪扭复合作用下空腹式型钢混凝土L形柱的位移延性系数小于3,不能满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求。     

钢筋混凝土U形薄壁梁弯-剪-扭复合受力性能试验研究

U形薄壁混凝土梁主要用于城市轨道交通工程,受弯-剪-扭复合作用。本文通过试验研究了一根大尺寸钢筋混凝土U形薄壁梁在弯-剪-扭复合作用下的力学性能,包括裂缝的发展与分布、钢筋应变分布以及破坏形态等。试验结果表明：弯-剪-扭复合作用下的U形薄壁混凝土梁呈现明显的空间受力特征,表现为裂缝和钢筋应变在两侧腹板上显著差异分布,同时,腹板内外侧斜裂缝以及箍筋应变的分布也存在明显差异;加载过程中纵筋应变在跨中和支座沿截面高度方向的分布基本符合平截面假定,纵筋应变沿梁跨近似线性分布;弯-剪-扭复合作用下钢筋混凝土U形薄壁梁出现了受弯矩和翘曲弯矩影响的延性弯曲破坏,且破坏仅发生在加载侧腹板,而非加载侧腹板处于相对低应力状态。     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用Open SEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。     

Experimental study on seismic behavior of concrete filled steel tube columns under pure torsion and compression–torsion cyclic load

Based on the quasi-static test on eight CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion cyclic load, the torsion behavior of CFST columns with various section types, steel ratios and axial load levels was studied. The test results showed that the hysteretic curves of CFST columns under pure torsion and low compression–torsion cyclic load are very plump, which indicate that CFST columns have good seismic capacity. The unloading stiffness of CFST columns was equal to the initial elastic stiffness. The torsion capacity of CFST columns could be improved by the low compressive load, and the ductility was also good. But the torsion capacity of CFST columns would be reduced by the high compressive load. When CFST columns subjected to pure torsion, spiral diagonal compressive struts will be created in the in-filled concrete, and the axial components of the diagonal compressive force of the in-filled concrete was equal to the axial tensile force of the steel tube in order to satisfy the axial load equilibrium condition on the section, so the axial strain will be produced in the steel tube. The shear strain has good linear relationship with the rotation angle of the section when CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion combined action. Based on the test results and literatures available, the torsion mechanism of CFST columns was preliminarily analyzed.     

Experimental study on steel reinforced concrete columns subjected to combined bending–torsion cyclic loading

An experimental investigation and analysis of the mechanical behavior of steel reinforced concrete (SRC) columns under combined bending–torsion cyclic loads is presented in this paper. Seven SRC columns with the same cross‐sectional construction were tested under various torsion moment to bending moment ratios and axial load levels. The effect of the torsion to bending moment ratio on the failure characteristics, hysteretic behavior, bearing capacity, and deformation characteristics of the SRC columns was studied. Results indicate that both bending and torsion bearing capacity are reduced under combined bending and torsion loads and that the torsion–bending ratio is the key parameter that determines the failure mode of the SRC columns. Based on the tests results, an equation expressing the interaction curve between the bending and torsion is proposed.     

开口截面钢-混凝土组合梁弯扭性能的理论分析与试验研究

对 3根不同扭弯比的开口截面组合梁弯扭进行试验分析得出组合梁的弯型和扭型两种破坏形态。将组合梁划分成三维 8结点实体单元 ,用有限元方法对组合梁在弯扭作用下的工作性能进行了弹性理论分析 ,建立了弯扭强度M -T相关公式。通过编制组合梁截面的弯矩 -曲率全过程计算程序 ,得出了混凝土翼板受力与截面弯矩之间的关系 ,从而阐明了弯扭共同作用下组合梁的受力机理 ,建立了极限状态的弯扭强度M -T相关公式 ,并分析了组合梁截面参数对相关曲线的影响。     

十字形截面钢筋砼双向压弯柱延性的试验及理论研究

通过对８根十字形截面钢筋砼柱在轴向力及双向弯矩共同作用下的反复加载试验,研究此类柱的延性及滞回曲线的一般规律。在此基础上,采用全过程非线性分析方法,编制了相应的电算程序,对其延性性能做了进一步的理论分析。最后,提出了十字形截面钢筋砼双向压弯柱截面延性的计算公式,并对轴压比、箍筋间距等一系列构造要求提出了设计建议。     

新型冷弯箱形组合构件力学性能研究

基于箱形截面具有双轴对称、抗弯扭刚度大的特点,提出将冷弯∑形截面两两翼缘相对,并将其卷边焊接形成一种新型冷弯箱形组合截面——DS。应用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩及压弯荷载作用时的诸如屈曲模式、承载力、刚度、延性及相关曲线等方面力学性能。同时,还对相同参数的新型截面构件与C形截面构件的单位承载力耗钢量进行比较。分析表明:新型截面构件在承受轴压力时具有高承载力及较高的截面模量,截面加劲充分而使子板件局部屈曲不易出现等力学性能优势。特别适宜承受轴压荷载,同时也适宜承受弯矩和压弯荷载的作用。轴压构件的单位承载力耗钢量一般仅为相同参数C形构件的50%左右,经济效益明显。新型箱形组合构件适于深入试验研究并合理应用于实际工程。     

钢筋混凝土柱荷载-变形计算的理论模型

为得到轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形曲线,利用简化的修正压力场理论描述剪切特性以及符合平截面假定的弯曲理论描述弯曲特性,并认为柱端产生的总水平变形主要由弯曲变形、剪切变形和钢筋滑移引起的变形组成,提出了一种分析轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱荷载-变形的新方法,它可模拟钢筋混凝土柱弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏的过程;最后将荷载-变形计算结果与15根矩形柱的低周反复荷载试验结果进行了对比分析。研究结果表明:按本文方法计算的荷载-变形计算结果与滞回曲线的外包线基本一致,可用于轴向荷载和水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形性能分析。     

箱形钢-混凝土组合梁的复合弯扭试验研究

为研究钢-混凝土组合梁的弯扭性能,完成了6根箱形组合梁的纯扭和弯扭试验,详述了在不同扭弯比下箱形组合梁的受力性能及破坏形态,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析,揭示了箱形组合梁在弯扭复合作用下,极限扭矩和极限弯矩会相应提高的机理。对组合梁扭型破坏和弯型破坏进行了对比分析,指出了根据传统的弯剪扭相关方程而得到的相关公式的不合理性,并给出了在复合弯扭和弯剪扭下的相关公式,得到的结论能为组合梁计算和分析设计提供参考。     

钢管混凝土圆拱的面内承载力分析

迄今为止,全世界已有400多座钢管混凝土拱桥。然而,有关钢管混凝土拱面内承载力的设计规范仍没有。目前,钢管混凝土拱的设计广泛采用钢筋混凝土及预应力混凝土拱的面内承载力设计方法。这样钢管混凝土拱可认为受轴压或偏压作用,相当于钢管混凝土柱。将钢管混凝土柱的经典屈曲荷载作为钢管混凝土拱的参考弹性屈曲荷载。然而,在横向荷载作用下,钢管混凝土拱的面内弹性屈曲性能与轴压下的钢管混凝土柱完全不同,尤其是对于薄壁钢管混凝土拱。另外,与轴压或偏压下钢管混凝土柱不同,钢管混凝土拱在屈曲之前就发生非线性弯曲和横向变形,这严重影响钢管混凝土拱的承载力。因此,钢管混凝土面内承载力的设计方法是否正确值得商榷。提出与现有钢结构设计规范基本一致的钢管混凝土圆拱承载力设计方法,并同时考虑了几何非线性和材料非线性的影响。提出均匀轴压下钢管混凝土拱的面内承载力设计方程,及弯矩和轴压共同作用下钢管混凝土拱面内承载力验算的下限设计方程。     

Compressive and flexural behaviour of CFRP-repaired concrete-filled steel tubes after exposure to fire

This paper presents the results of axial compression and bending tests of fire-damaged concrete-filled steel tubes (CFST) repaired using unidirectional carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites. Both circular and square specimens were tested to investigate the repair effects of CFRP composites on them. The test results showed that the CFRP jackets enhanced the load-bearing capacity of the stub columns effectively. Enhancement of the columns’ stiffness due to the CFRP jackets was also observed. However, for beams, the test results demonstrated that the repair effect was not as good when compared with that for stub columns. From the test results, it is recommended that other appropriate repair measures should be taken in repairing severely fire-damaged CFST beams, or those members subjected to comparatively large bending moments.