水平荷载作用下型钢再生混凝土柱受力性能非线性分析

结合低周反复荷载作用下型钢再生混凝土柱抗震性能试验,在已有的再生混凝土本构关系模型和结构非线性分析理论的基础上,采用ABAQUS有限元软件对型钢再生混凝土柱在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性分析,获取了型钢再生混凝土柱应力分布云图和荷载-位移骨架曲线,研究了型钢再生混凝土柱的应力分布规律,主要分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率对型钢再生混凝土柱受力性能的影响。研究结果表明,再生粗骨料取代率对型钢再生混凝土柱的承载力及延性变形影响较小;随着轴压比的增大,型钢再生混凝土柱的延性变形降低幅度较大;提高体积配箍率对该柱的受力性能是有利的,合理设计的型钢再生混凝土柱可应用于实际工程中。     

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验及数值分析

为研究玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的轴心受压性能,进行了11根GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压试验研究,重点分析了组合柱的破坏形态和荷载-位移曲线等。在此基础上,利用ABAQUS有限元软件对轴压荷载作用下GFRP管型钢再生混凝土组合柱的受力性能进行有限元分析,确定GFRP管、型钢以及再生混凝土的本构模型,建立组合柱有限元模型,获取该组合柱的破坏形态及应力云图,并验证数值模拟结果的合理性,主要分析设计参数对组合柱轴压性能的影响。结果表明:计算荷载-变形曲线与试验结果良好吻合,建立的有限元模型可用于模拟GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能。组合柱的轴压承载力随着再生骨料取代率和组合柱长细比的增大而逐渐降低,而随着配钢率和再生混凝土强度的增大而增大;增大配钢率对于提高组合柱的变形能力是有利的;此外,GFRP管型钢再生混凝土组合柱具有承载力高的优势,研究结果可为该新型组合柱的工程应用提供技术支持。     

骨料取代率对方钢管再生混凝土短柱力学性能的影响

采用ANSYS软件建立方钢管再生混凝土轴心受压短柱有限元分析模型,考查骨料取代率对钢管再生混凝土柱荷载-应变曲线和局部屈曲性能的影响。结果表明,钢管再生混凝土柱轴压承载力随着骨料取代率的增加而降低,骨料取代率变化对钢管再生混凝土柱的延性和局部屈曲性能影响不大。     

T形钢管再生混凝土短柱的有限元分析

以再生粗骨料取代率和钢管壁厚为主要变化参数,研究T形钢管再生混凝土短柱的轴压性能,应用有限元软件ABAQUS对轴压短柱试件进行了模拟,分析了再生骨料取代率和钢管壁厚对钢管再生混凝土轴压短柱力学性能的影响,得出构件核心区混凝土的荷载-变形曲线和应力-应变曲线的变化规律。结果表明:同T形钢管普通混凝土短柱相比,T形钢管再生混凝土短柱表现出较好的力学性能;钢管混凝土轴压短柱中钢管和混凝土相互作用的机理同样适用于T形钢管再生混凝土轴压短柱;当核心区为再生混凝土时,需要钢管的约束力更大。     

型钢再生混凝土柱水平承载力及轴压比限值的试验研究

通过7个型钢再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验,对型钢再生混凝土柱水平承载力及轴压比限值进行研究。分析轴压比、体积配箍率和再生骨料取代率等3个因素对型钢再生混凝土柱水平承载力的影响。研究表明:柱的水平承载力随轴压比的增加而增加,但其延性系数逐渐降低;随着配箍率的增加,柱表现出较好的承载力;再生骨料取代率对柱承载力影响不大,总体与型钢普通混凝土柱一样具有较好的承载力和延性。从型钢混凝土柱正截面界限破坏时力的平衡条件出发,对型钢再生混凝土柱轴压比限值进行理论推导;结合试验数据及试件延性分析,提出型钢再生混凝土柱在不同抗震等级下的轴压比限值,以供工程设计参考。     

矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能研究

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验,变化参数为再生粗骨料取代率(0%,50%,100%)和轴压比(0.3,0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态,分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明：矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,表现为柱脚的鼓曲变形;轴压比为0.3时,再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%;轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%;平均位移延性系数接近2.7,说明其具有良好的变形能力;矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

型钢再生混凝土柱基于ABAQUS的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS对型钢再生混凝土（SRRAC）柱的受力性能进行了非线性数值分析。建立试件的有限元模型,对试验全过程进行非线性数值模拟,通过对比试验结果的荷载一位移曲线,分析了轴压比和再生骨料取代率对构件力学性能的影响,数值分析结果与试验结果吻合较好,表明有限元分析可以作为试验手段的有效补充,较好地模拟型钢再生混凝土柱的整个受力和变形过程。     

不同再生骨料取代率混凝土柱耐火性能试验研究

为研究不同再生骨料取代率混凝土柱的耐火性能,进行了3个足尺再生混凝土柱在竖向荷载和温度场耦合作用下的升温耐火试验.其中,2个试件再生粗骨料取代率为100％,细骨料为天然砂的半再生混凝土柱;1个试件为再生粗、细骨料取代率均为100％的全再生混凝土柱.在试验基础上,比较分析了各试件的截面温度变化、耐火极限、轴向变形、侧向挠度和破坏形态.研究表明:相同轴压比条件下,半再生混凝土柱的耐火极限随着混凝土强度的提高而降低;混凝土强度变化对温度场分布规律影响较小;半再生混凝土柱与全再生混凝土柱相比,混凝土材料性能退化较慢,耐火性能较好.     

ABAQUS模拟型钢再生混凝土柱受压分析

利用有限元分析软件ABAQUS对型钢再生混凝土(SRRAC)柱的受力性能进行了非线性数值分析。建立试件的有限元模型,对试验全过程进行非线性数值模拟,通过对比试验结果的荷载-位移曲线,分析了轴压比和再生骨料取代率对构件力学性能的影响,数值分析结果与试验结果吻合较好,表明有限元分析可以作为试验手段的有效补充,较好地模拟型钢再生混凝土柱的整个受力和变形过程。     

基于统一强度理论的方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明:在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

Calculation of axial bearing capacity of recycled concrete filled square steel tube-profile steel short columns based on unified strength theory

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明：在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

Study on seismic performance of rectangular concrete-filled steel tube columns made with tailings and recycled aggregates

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能，设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验，变化参数为再生粗骨料取代率(0%，50%，100%)和轴压比(0.3，0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态，分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析，并与试验结果进行对比，验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明：矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似，表现为柱脚的鼓曲变形；轴压比为0.3时，再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%；轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%；平均位移延性系数接近2.7，说明其具有良好的变形能力；矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验,在用钢量相同的情况下,对比分析了钢管再生混凝土短柱与钢筋再生混凝土短柱二者轴压力学性能的差异;分析了核心再生混凝土强度及再生粗骨料取代率等主要试验参数对钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验结果表明：与用钢量相同的钢筋再生混凝土试件相比,钢管再生混凝土试件表现出较好的力学性能;钢管再生混凝土轴压短柱套箍系数较小时（ξ<1.0）,发生剪切破坏;再生粗骨料取代率对钢管混凝土短柱极限荷载的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土短柱类似。     

方钢管约束再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示方钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大;随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压中长柱的耗能能力具有先降后升的趋势;方钢管混凝土试件的延性系数均比其再生混凝土试件的大;试件的弹性轴压刚度随取代率的增加表现为先增后减;随着长细比的增加,钢管再生混凝土中长柱的轴压耗能和弹性轴压刚度具有稳步减小的趋势,延性系数则呈现为先降低后增长之势。所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。     

基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗剪性能数值模拟

为研究型钢再生混凝土短柱的抗剪性能,推广再生混凝土结构的工程应用,基于OpenSees软件,采用弯剪相互作用的位移型梁柱单元并利用纤维截面建模,对8根型钢再生混凝土短柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能进行数值模拟。对比分析再生粗骨料取代率、轴压比以及体积配箍率的变化对型钢再生混凝土短柱抗剪性能的影响规律。结果表明:再生粗骨料取代率为100%的型钢再生混凝土短柱与普通型钢混凝土短柱的抗剪性能接近;轴压比和体积配箍率对型钢再生混凝土短柱的抗剪性能有较大影响;基于OpenSees软件能够模拟型钢再生混凝土短柱在压、弯、剪共同作用下的非线性反应。     

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载变形曲线和极限承载力关系.结果表明：随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.     

中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

选用考虑再生粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数和热-力本构关系,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱有限元模型。基于此模型,对比了不同再生粗骨料取代率下截面温度场分布,并分析了取代率、荷载比、空心率、钢材强度、内钢管厚度和混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响。研究结果表明:随着取代率增大,构件截面温度普遍下降,耐火极限先减小后增大;随着空心率増大,耐火极限増加;提高外钢管屈服强度,构件耐火极限下降显著;内钢管屈服强度、内钢管厚度和混凝土强度对构件的耐火极限没有明显影响。     

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。