钢管钢骨高强混凝土偏心受压承载力试验研究

试验共对8根钢管钢骨高强混凝土偏心受压组合柱进行了测试,研究了不同参数情况下,组合柱承载力性能变化,研究结果表明:承载力随着偏心距增大而减小,且对极限值影响很大;承载力随着长细比的增加而减小,并呈现非线性,降低幅度逐渐增大;组合柱侧向挠度随着长细比增加而增加,在80%极限荷载左右开始变化明显,基本符合正弦半波曲线;内部钢骨和外部钢管对混凝土形成双重紧箍力,明显提高核心混凝土的抗压强度,且抗压强度的提高幅度与内部钢骨的布置形式有直接关系;在试验和理论研究的基础上,建立组合柱的偏压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱承载力的研究

提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过13根具有不同套箍指标、配骨指标和长细比的组合柱的轴心受压试验,研究了其受力性能。研究结果表明,由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,可有效地提高柱子的承载力,延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展,提高柱子的延性。组合柱的承载力和延性将随着长细比的增大而下降。基于试验研究结果,建立了轴压组合柱承载力数值计算模型,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。     

多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压承载力研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载-侧向挠度关系曲线和荷载-应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力下降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力下降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。     

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱轴压力学性能试验研究

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱(T-section concrete filled steel and GFRP tubular composite column,T-SCFC)包括外部钢管、夹层混凝土、玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)管和核心混凝土。对14根不同截面形式的约束混凝土短柱和3组内置不同复材管壁厚的T形截面钢管混凝土组合柱进行轴压试验,对比分析了方钢管混凝土短柱(Square concrete filled steel tube,CFST)、复材管约束混凝土短柱(Concrete filled GFRP tube,CFFT)、内置复材约束方钢管混凝土短柱(Steelconcrete-GFRP-concrete tube,SCFC)和T-SCFC柱在轴压荷载作用下的力学性能。建立与试件同尺寸的有限元模型,并开展数值参数分析,研究不同钢管壁厚和核心混凝土强度对T-SCFC柱轴心受压性能的影响。结果表明：内置约束复材管可以明显提高方钢管混凝土短柱的受压性能,显著延缓SCFC短柱在轴压荷载作用下的钢材屈服和...     

钢筋再生混凝土柱的承压性能及强度计算

为了研究钢筋再生混凝土柱的承压性能及其强度计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合6个试件的实测数据,并拓展了36个试件的数值模拟分析,综合探讨了再生粗骨料取代率、体积配箍率、柱截面纵筋配筋率、长细比以及相对偏心距等变化参数对钢筋再生混凝土柱承压性能的影响规律,分别研究了钢筋再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计公式。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,钢筋再生混凝土柱的受压承载力呈现波动性变化,但其变化幅度在15%以内;随着体积配箍率的增大,其极限承载力有小幅提高;随着截面纵筋配筋率的增大而有明显提高;而随着相对偏心距的增大,其极限承载力则明显降低;在一定范围内,随着长细比的增大,极限承载力显著变小。提出考虑取代率影响系数的钢筋再生混凝土柱极限承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢-木组合柱轴心受压性能试验研究

提出了一种钢木组合柱形式,该组合柱是将木方外包在十字钢骨周围,钢、木之间通过螺栓连接或焊接翼缘结合;进行了12个组合柱轴心受压试验,研究了钢木组合柱的工作机理与破坏模式,讨论了钢材厚度、长细比、螺栓间距等对轴压承载力的影响。试验结果表明:组合柱中钢骨为主要承受轴向压力,外围木方能够对钢材提供一定的屈曲约束;钢材厚度影响承载力主要因素;构件长细比大于5.5,外围木约束效果明显;螺栓间距对承载力的影响较小。通过有限元模拟与试验数据对比分析,吻合良好,该研究可为后续钢木组合结构研究提供参考。     

新型CFRP-UHPC组合管混凝土圆柱轴压性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)管替代碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢管混凝土组合柱中钢管的可行性,提出一种外部缠绕CFRP的UHPC预制管、内部现浇填充普通混凝土的新型CFRP-UHPC组合管混凝土(Concrete-filled CFRP-UHPC tube,CFFUT)柱。对10个CFFUT圆柱(包含2个对比柱)进行了单调轴压试验,研究了UHPC管壁厚度、CFRP环向包裹层数和核心混凝土强度等的影响规律。结果表明：CFRP-UHPC管可以有效提高组合柱的承载力、变形能力和延性;CFFUT圆柱破坏形态为核心混凝土压溃、UHPC管开裂和CFRP拉断,破坏后整体性较好,属延性破坏模式;CFFUT圆柱的极限承载力与UHPC管壁厚度、CFRP层数和核心混凝土强度呈正相关;延性系数随UHPC管壁厚度、CFRP层数增加而提高,随核心混凝土强度增加先提高后降低。揭示了CFFUT柱的界面增强作用机制,CFFUT柱极限承载力与同等截面普通混凝土柱相比提高93.9%～203.5%,且CFFUT柱极限承载力一定程度上与CFRP-钢管混凝土柱相当。建立了CFFUT圆柱轴压极限承载力理论计算模型,并通过有限...     

钢管混凝土组合柱压弯性能试验及承载力计算

现行叠合柱规程CECS188:2005计算钢管混凝土组合柱压弯承载力时,不计钢管作用影响,构件承载能力未充分利用。为此,该文通过钢管混凝土组合柱偏心受压试验,考察破坏形态及约束机理,完善压弯承载力计算理论。研究表明:钢管混凝土组合柱发生大、小偏心受压破坏,以受拉区纵筋达到屈服强度,同时混凝土受压边缘达到极限压应变为界限破坏准则;截面应变符合平截面假定,其中钢管横向应变随着偏心距减小而增大,即钢管约束作用增强,倾向于轴心受压构件而不可忽略;最后提出能够考虑钢管及其约束作用的正截面压弯承载力计算公式,通过40组试验样本的验证表明,该方法计算合理可靠,可用于指导设计。     

Testing and modeling of a novel FRP-encased steel–concrete composite column

A composite column consisting of steel, concrete and fiber reinforced polymer (FRP) is presented and assessed through experimental testing and analytical modeling. The composite column utilizes a glass FRP (GFRP) composite tube that surrounds a steel I-section, which is subsequently filled with concrete. The GFRP tube acts as a stay-in-place form in addition to providing confinement to the concrete. This study investigates the behavior of the proposed composite columns under axial loading. A total of seven specimens were tested. The influence of concrete shrinkage on the compressive behavior of the composite columns was also investigated. Significant confinement and composite action resulted in enhanced compressive behavior. The addition of a shrinkage reducing agent was found to further improve the compressive behavior of the composite columns. An analytical model was developed to predict the behavior of the composite columns under axial loading.     

考虑界面效应的GFRP复合材料蠕变模型

建立了包含界面的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)蠕变混合率单胞模型,对GFRP的蠕变性能进行分析;并与GFRP在应力水平为初始弯曲强度的20%所对应的载荷下的弯曲蠕变实验结果进行对比。分析了界面模量、界面厚度、纤维连续性与形态以及位向等因素对复合材料蠕变性能的影响。结果表明:相较于不考虑界面效应的混合率模型,本模型具有更高的准确性,与实验结果更为吻合;界面模量反应了纤维与基体的结合程度,对复合材料的蠕变性能产生影响,其蠕变柔量随着界面模量的增大而减小;界面厚度的增大会导致复合材料的蠕变柔量略微增大;相较于连续纤维增强树脂复合材料,短切纤维毡增强树脂复合材料的蠕变性能更易受到界面效应的影响;纤维方向对复合材料蠕变性能有显著影响,随着纤维方向角的增大,复合材料蠕变柔量增大,但当纤维方向角达到60°后,纤维已基本失去载荷传递和增强能力,复合材料蠕变柔量不再继续随着纤维方向角的增大而增大。      

玻璃纤维增强短钢管构件轴压试验和破坏模式仿真研究

该文采用试验和数值仿真手段,对缠绕成型玻璃/环氧复合材料（GFRP）增强薄壁圆钢管短柱在轴压荷载作用下的承载能力及破坏特点进行研究,讨论是否缠绕GFRP、径厚比、试件长度以及GFRP缠绕角度（圆管试件轴向到纤维纵向的角度）等因素对试件承载能力的影响。提出较为准确的复合构件数值仿真方法,采用ABAQUS的Explicit求解器并考虑GFRP的Hashin失效准则和GFRP与钢管之间的界面脱粘等因素,获得的模拟结果与试验现象吻合良好。在此基础上,对短管构件在不同GFRP体积率（GFRP体积/构件总体积）下的性能进行分析,获得了GFRP体积率对构件承载力的影响。     

侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压试验

通过侵蚀环境下碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料条带和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱试验,分析了侵蚀环境对混凝土强度、纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀柱的极限荷载和荷载-轴向位移曲线的影响。结果表明,混凝土强度受冻融环境影响较大,受干湿环境影响较小;纤维增强聚合物(FRP)复合材料加固锈蚀柱的轴向极限荷载与冻融循环次数、钢筋锈蚀率及FRP复合材料种类有关,随冻融循环次数分别增加到25次、50次、75次,GFRP复合材料条带和CFRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱的轴向极限荷载分别降低了10.97%、13.37%、16.04%和5.95%、4.66%、4.33%;FRP复合材料加固锈蚀柱的刚度和耗能受侵蚀环境种类、侵蚀环境作用次数、锈蚀率及FRP复合材料种类的影响。在试验研究的基础上,通过理论分析侵蚀环境下混凝土强度损伤系数和锈蚀钢筋强度退化方程,提出了侵蚀环境下FRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算方法。      

玻璃纤维增强聚合物复合材料约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分...     

Aluminum–GFRP hybrid square tube beam reinforced by a thin composite skin layer

Ultimate bending moments and energy-absorption capability of aluminum–glass fiber reinforced plastic (GFRP) hybrid tube beams were experimentally analyzed with particular focuses on effects of thin GFRP skin layer in relation to bending deformation behavior and fracture characteristics. Various hybrid tube beams were fabricated by inserting adhesive film between prepreg and metal layers and by aligning various composite ply angles. Under 3-point bending loads, aluminum–GFRP hybrid tube beams showed characteristic fracture processes according to the lay-up kinds of the skin layer in comparison to the virgin aluminum tube beams. In particular, the hybrid tube beams having a 0.5 mm thick [0°/90°]_s skin layer showed the largest improvement in specific maximum moment (about 67%) and in specific energy-absorption (29%). Consequently, there was an optimal thickness and lay-up of the composite skin layer in creating the best performance of the hybrid tubes.     

纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压性能

为了给纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固腐蚀环境下钢筋混凝土圆柱的设计和施工提供参考,促进FRP加固钢筋混凝土圆柱的应用,本文通过加速腐蚀得到类似实际环境中已锈损钢筋混凝土圆柱,采用碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）条带和玻璃纤维增强聚合物基复合材料（GFRP）条带分别对锈蚀钢筋混凝土圆柱进行加固,最后对加固后圆柱进行轴心受压试验,重点研究钢筋锈蚀率、FRP层数和种类对钢筋混凝土圆柱受压承载力的影响;基于对FRP条带间隔约束效应、钢筋锈蚀对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析,提出FRP条带间隔约束锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算模型。试验实测值与模型计算值之比的平均值为1.020,变异系数为0.063,二者符合较好。     

Analysis of delamination in drilling glass fiber reinforced polyester composites

Glass fiber reinforced plastic (GFRP) composite materials are finding increased application in aeronautical, automobile and structural applications. Drilling is a complex process, owing to their tendency to delaminate is used to join composite structures. In the present work, an attempt has been made to develop empirical relationships between the drilling parameters such as fiber orientation angle, tool feed rate, rotational speed and tool diameter with respect to delamination in drilling of GFR–polyester composites. The empirical relationship has been developed by using response surface methodology. The developed model can be effectively used to predict the delamination in drilling of GFRP composites within the factors and their limits are studied. The result indicated that the increase in feed rate and drill diameter increases the delamination size whereas there is no clear effect is observed for fiber orientation angle. The spindle speed shows only little effect on delamination in drilling of GFR–Polyester composites.     

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能试验研究

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在2个独立的GFRP管连接处的内部设置一定长度钢筋笼,再在内部浇注混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。近年来,不少国内外研究人员对连续GFRP管混凝土构件的力学性能做了一些研究,而对拼接GFRP管混凝土构件的力学性能研究较少,所以,有必要借助试验,研究其力学性能。该文主要对钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能进行了一定的试验研究,试验结果表明,在荷载达到60%Pu(Pu-极限荷载)左右时,GFRP管开始发挥“套箍”作用,拼接试件破坏位置不同于连续试件发生在一定范围内,而是发生在距连接处一定距离,并且,钢筋连接件的箍筋对混凝土起到约束作用。此外,试件破坏时纵筋均屈服,且纵筋对连接处的变形基本没有影响,拼接试件连接处均未破坏,说明采用低含钢率1.96%即可保证拼接GFRP管轴心受压组合构件正常工作。     

Analysis of effect of fiber orientation on Young’s modulus for unidirectional fiber reinforced composites

Young’s modulus of unidirectional glass fiber reinforced polymer (GFRP) composites for wind energy applications were studied using analytical, numerical and experimental methods. In order to explore the effect of fiber orientation angle on the Young’s modulus of composites, from the basic theory of elastic mechanics, a procedure which can be applied to evaluate the elastic stiffness matrix of GFRP composite as an analytical function of fiber orientation angle (from 0° to 90°), was developed. At the same time, different finite element models with inclined glass fiber were developed via the ABAQUS Scripting Interface. Results indicate that Young’s modulus of the composites strongly depends on the fiber orientation angles. A U-shaped dependency of the Young’s modulus of composites on the inclined angle of fiber is found, which agree well with the experimental results. The shear modulus is found to have significant effect on the composites’ Young’s modulus, too. The effect of volume content of glass fiber on the Young’s modulus of composites was investigated. Results indicate the relation between them is nearly linear. The results of the investigation are expected to provide some design guideline for the microstructural optimization of the glass fiber reinforced composites.