圆钢管赤泥混凝土黏结滑移性能试验研究

为了研究圆钢管赤泥混凝土黏结滑移性能,考虑赤泥替代率、混凝土强度、长径比(埋置长度)、径厚比4个变化参数,制作了15个圆钢管赤泥混凝土短柱试件进行推出试验,得到了圆钢管赤泥混凝土的荷载-滑移曲线,并对变化参数的影响进行分析。结果表明:圆钢管赤泥混凝土荷载-滑移曲线经历3个阶段,即无滑移段、上升段、下降段;黏结极限荷载随赤泥替代率提高先增加后降低,赤泥替代率为5%时,黏结极限荷载达到最大,赤泥替代率为20%时,黏结极限荷载与标准钢管混凝土相当;黏结极限荷载随混凝土强度及长径比的增加而增加,随径厚比的增加而减小。     

T型钢与混凝土黏结滑移本构关系试验

针对T型钢与混凝土黏结滑移的问题,进行了8个T型钢混凝土试件的推出试验,主要考虑混凝土强度、混凝土保护层厚度、横向配箍率3个因素的影响,得到了型钢应变、黏结强度、滑移沿锚固深度的分布规律以及不同锚固深度处的黏结滑移曲线。综合考虑这3个影响因素,统计回归出了特征黏结强度和特征滑移值的计算公式;引入2个位置函数,建立了考虑位置函数的黏结强度一滑移本构关系。试验结果表明：混凝土强度、混凝土保护层厚度、横向配箍率均对黏结强度有显著影响。     

钢管钢骨高强混凝土抗弯构件试验研究

为了研究钢管钢骨高强混凝土组合构件的抗弯性能,采用抗弯试验研究方法和统一理论的计算方法,对工字形钢骨的钢管钢骨高强混凝土构件进行了抗弯的理论和试验研究.试验主要参数为配骨指标(ρ=0.3～0.6)和钢骨的不同加载方向(强轴和弱轴).试验表明:极限弯矩值随配骨指标的增加呈非线性增长,当配骨指标一定时,极限弯矩值随惯性矩的增加按比例增加,弱轴跨中变形大于强轴;组合构件符合平截面假定,挠度曲线符合正弦半波分布;钢管和钢骨对混凝土的紧箍作用强轴高于弱轴,且随配骨指标的减小而增加.在试验分析的基础上,建立组合构件抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

高温后不同冷却方式下的混凝土-钢筋黏结性能

为研究高温后不同冷却方式下混凝土-钢筋的黏结滑移性能,对39个高温后混凝土试件进行了中心拉拔试验,并完成了自然冷却方式下试件的劈裂抗拉强度试验,分析了温度和冷却方式对试件峰值黏结应力和峰值滑移的影响,建立了不同冷却方式下峰值黏结应力、峰值滑移与温度的关系式,提出了考虑初始温度损伤的黏结滑移全曲线方程,并基于黏结强度理论模型计算了自然冷却方式下的黏结强度理论值。结果表明：随着温度的升高,峰值黏结应力线性下降,500 ℃时黏结强度损失达80.5%,峰值滑移随温度升高呈现先减小后增大的趋势,不同冷却方式对峰值黏结应力和峰值滑移的影响不明显;考虑损伤的理论黏结滑移全曲线与试验曲线拟合度较好;采用理论模型计算的黏结强度与试验值较吻合。     

波纹钢板-混凝土界面黏结滑移性能试验

为研究波纹钢板-混凝土界面黏结滑移性能,综合考虑混凝土强度、保护层厚度及钢板埋置长度,设计了10个波纹钢板混凝土试件进行推出试验,研究其破坏形态、受力机理、应变分布、黏结强度与黏结滑移本构关系等关键问题。结果表明：波纹钢板混凝土组合构件主要发生黏结劈裂破坏和黏结锚固破坏,试件荷载-滑移曲线可分为微滑移段、滑移段、陡降段、缓降段及残余段;在荷载上升段,波纹钢板应变沿埋置长度呈指数分布形式,钢板自由端应变可能出现过零点现象;通过分析混凝土强度、保护层厚度及钢板埋置长度对波纹钢板-混凝土界面黏结强度的影响,线性拟合得出特征黏结强度计算式,理论值与试验值误差较小;基于波纹钢板-混凝土界面黏结滑移本构模型,通过ABAQUS软件对典型试件进行数值模拟,有限元模型曲线与试验曲线吻合度较高。     

钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验

为研究钢筋与再生混凝土界面黏结性能和本构关系,考虑再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、钢筋类型、钢筋直径、锚固长度的影响,设计了15个梁式试件进行钢筋-再生混凝土黏结滑移性能试验.综合分析上述变量对荷载-滑移曲线、黏结强度、黏结效率的影响规律,给出了黏结-滑移本构关系的建议.结果表明:随再生粗骨料取代率增加,钢筋与混凝土之间的黏结强度减小,而抗滑移能力增强;再生细骨料的加入,导致再生混凝土的黏结性能明显退化;螺纹钢筋与再生混凝土的黏结强度约为光圆钢筋的2倍;钢筋与再生混凝土的界面黏结性能随着钢筋直径和锚固长度的增加而降低;建议的钢筋-再生混凝土的黏结-滑移本构关系和参数,与试验结果拟合较好.     

内嵌碳纤维增强复合材料板-混凝土界面黏结性能试验研究

考虑混凝土强度、碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板黏结长度和界面处理方式等因素进行了36个黏结试件的单剪试验,分析了不同因素影响下试件的破坏模式、极限承载力、黏结应力分布等规律。考虑界面处理方式,给出了内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力的表达式。结果表明:在3种处理方式下,大多数试件发生CFRP板与胶体的剥离破坏;随混凝土强度和黏结长度的增大,试件的极限承载力提高;通过分析发现,各组试件的黏结应力都是从加载端向自由端传递直到试件剥离破坏,传递区域的长度大致相同;提出的内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力计算结果与试验结果吻合较好。     

HCSA膨胀剂掺量对高强自密实混凝土性能影响研究

设计制作5种HCSA膨胀剂掺量的高强自密实混凝土试块,通过混凝土工作性、抗压强度和自由膨胀率以及在钢管约束条件下混凝土自应力值测试,研究HCSA膨胀剂掺量对高强自密实混凝土性能的影响.结果表明:掺入膨胀剂对混凝土工作性影响较小;随膨胀剂掺量增加,混凝土自由膨胀率逐渐增大,而28d抗压强度则快速下降;膨胀剂水化主要集中在混凝土硬化早龄期,自由膨胀变形于12~15d范围内达到稳定.在钢管约束条件下,混凝土膨胀稳定滞后,且当膨胀剂掺量为8%~12%,混凝土膨胀稳定时自应力值达3.2~3.7 MPa.最后,基于试验与理论分析结果,建立钢管约束条件下混凝土限制膨胀模型及自应力值计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可供工程设计参考.     

钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的核心混凝土、钢管以及型钢钢骨在三向应力状态下的轴向极限承载力进行了分析;通过引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束,从而推导出钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱轴压承载力的理论计算公式;将该公式的计算结果与试验结果和已有公式的计算结果进行比较,各结果吻合良好。结果表明：该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料具有实际意义,并且为此类结构的研究提供了重要的依据。     

自应力钢管混凝土界面粘结性能的非线性有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS对钢管与核心自应力混凝土界面粘结性能进行分析,对混凝土施加温度作用模拟自应力混凝土的特性,建立了钢管自应力混凝土推出试验的分析模型.将模型分析所得的界面粘结强度和粘结强度-滑移曲线与20组试验数据进行对比研究,结果表明数值分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,探讨了不同自应力、核心混凝土强度及含钢率对钢管自应力混凝土界面粘结强度的影响,结果表明,钢管自应力混凝土的界面粘结强度受核心自应力混凝土强度的影响不明显,随含钢率的增大而略有增大,随自应力值的增大而显著增大.     

钢骨-组合L形钢管混凝土柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析;根据截面形状组成特点,将L形钢管分为一个矩形和一个方形,通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束,推导并建立了轴压短柱的承载力公式;在此基础上,参照钢结构设计规范,建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好,验证了理论公式的正确性,并进行了短柱轴压承载力参数分析,得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明：该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性,对试验所提出的公式进行了理论上的补充。     

钢管混凝土构件受力性能数值研究

分别以钢管混凝土三维有限元法和纤维单元法的应力-应变关系推导出了适于梁单元的应力-应变关系。以这两种方法得到钢管混凝土应力-应变关系,应用于梁单元法进行数值计算,分别对工程中最常出现的钢管混凝土轴压构件及偏压构件进行了计算,并将计算结果与已有的试验结果进行了比较。结果表明:以纤维单元法得到梁单元应力-应变关系在进行钢管混凝土构件数值分析时能取得理想的结果;以三维有限元法得到梁单元应力-应变关系,应用于方截面钢管混凝土构件时计算结果理想,而应用于圆截面钢管混凝土构件时与实验结果相比偏差较大。     

用有限元法分析钢管初应力对钢管混凝土轴压构件基本性能的影响

把钢管混凝土当作一种组合材料，从理论上首次用有限元法分析了钢管初应力对钢管混凝土抗压组合力学性能指标和轴压构件承载力的影响。为了验证理论结果，还完成了一批有和无初应力的轴压构件对比试验，二者之间吻合较好     

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。     

钢管混凝土的等效本构关系研究

在总结现有钢管混凝土本构关系分析的基础上,将钢管混凝土简化为同一尺度的横观各向同性体来研究,并在弹性条件下利用应变能相等原理得到了宏观弹性系数,同时根据试验结果假设进入弹塑性阶段后各模量为二次抛物线变化,建立了钢管混凝土这种组合结构新的等效本构关系.并结合具体算例研究了弹性条件下材料强度变化和含钢率对各模量的影响,同时与前人的研究结果进行了比较,结果表明,该本构关系具有理论依据明确,参数易确定,能很好地反映组合构件材料物理性能的优点,为钢管混凝土结构进一步进行数值分析奠定了基础.     

钢管赤泥混凝土粘结滑移影响因素

为了研究钢管赤泥混凝土粘结滑移性能,考虑了截面形式等5个变化参数,制作了短柱试件进行推出试验,获得了钢管赤泥混凝土的荷载-滑移曲线,并对变化参数的影响进行了分析.结果表明:粘结峰值荷载随赤泥替代率的提高先增加后降低,赤泥替代率为5%时,粘结峰值荷载达到最大;赤泥替代率为20%时,粘结峰值荷载与标准钢管混凝土相当;粘结峰值荷载随混凝土强度及长径比的增加而增加,随宽(径)厚比的增加而减小;圆截面试件的粘结滑移性能优于方形截面试件.     

Behavior of concrete and concrete-filled circular steel tubular stub columns at constant high temperatures

Based on reanalyzing test results of uniaxial compressive behavior of concrete at constant high temperatures in China, with the compressive cube strength of concrete from 20 to 80 MPa, unified formulas for uniaxial compressive strength, elastic modulus, strain at peak uniaxial compression and mathematical expression for unaxial compressive stress-strain relations for the concrete at constant high temperatures were studied. Furthermore, the axial stress-axial strain relations between laterally confined concrete under axial compression and multiaxial stress-strain relations for steel at constant high temperatures were studied. Finally, based on continuum mechanics, the mechanics model for concentric cylinders of circular steel tube with concrete core of entire section loaded at constant high temperatures was established. Applying elasto-plastic analysis method, a FORTRAN program was developed, and the concrete-filled circular steel tubular （CFST） stub colunms at constant high temperatures were analyzed. The analysis results are in agreement with the experiment ones from references.     

Failure mechanism of full-size concrete filled steel circle and square tubes under uniaxial compression

In this paper, the failure mechanisms of full-size concrete filled steel tubes(CFST) under uniaxial compression were investigated with nonlinear finite element method. Existing experimental results were employed to verify the validity of the finite element models of CFST specimens. Then, the numerical analysis was further conducted to study the mechanical behaviors of full-size CFST columns with circular and square cross sections under uniaxial compression. The simulation results indicate that the distribution of the contact pressure between circular steel tube and core concrete is much more uniform than that between square steel tube and concrete, resulting in much higher confinement and more efficient interaction between steel tube and core concrete in circular CFST columns, as well as ultimate load capacity and ultimate displacement. Extensive parametric analysis was also conducted to examine the effect of various parameters on the uniaxial compression behaviors of circular and square CFST columns.