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。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆柱轴压受力分析

提出了外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的新型复合加固方法。对9根复合加固钢筋混凝土圆短柱进行了轴心受压试验,根据试验中测得的钢管和钢筋应变结果,采用内力分解法分析了外套钢管、核心混凝土和钢筋的应力变化和三者之间的相互作用。分析结果表明:加载方式对外套钢管的横向变形影响较大,约束型加载方式外套钢管屈服时的横向应力大于钢管和核心混凝土共同承压加载方式;核心混凝土的抗压强度提高系数和不同材料承担轴力的比例与加载方式、外套钢管厚度、后浇自密实混凝土强度和界面处理方式有关。     

钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究

考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ ξ < 0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883 ≤ ξ ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

圆高强钢管UHPC梁抗弯性能研究

以含钢率和套箍系数为参数,开展5根圆高强钢管超高性能混凝土(UHPC)梁和2根圆普通钢管UHPC对比梁的纯弯试验;而后,采用已验证的有限元模型,对套箍系数进行了参数分析。试验研究表明,高强钢管UHPC梁发生延性破坏,组合截面满足平截面假定,受压区高强钢管对核心UHPC的套箍作用应被考虑。较普通强度的钢管,高强钢管能更及时地约束UHPC的横向膨胀。随着套箍系数的增加,钢管混凝土梁达抗弯承载力时,中性轴趋近截面中线,受拉区钢管应力减小,受压区钢管和混凝土的应力则增大。承载力计算分析发现,对于高强钢管UHPC梁而言,现有中国规范GB50936?2014的实用计算方法存在不准确且离散性较大等问题,为此该文提出了新实用计算方法。     

钢管高强混凝土轴压短柱承载力性能的试验研究

本文报导了２１个钢管混凝土轴压短柱的试验研究,其中１８个钢管高强混凝土试件,３个普通钢管混凝土试件。试验的主要参数是套箍系数。研究结果表明,当套箍系数较小时,钢管径向变形对钢管高强混凝土极限承载力有影响。     

钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形短柱偏压性能研究

通过9根加固钢筋混凝土圆形短柱(8根钢管自密实混凝土复合加固柱,1根扩大截面加固柱)和1根钢筋混凝土原柱的偏心受压试验,对不同方法加固钢筋混凝土圆形短柱的承载力、刚度和延性进行研究,分析偏心距、钢管壁厚和自密实混凝土强度对复合加固短柱偏压性能的影响。试验结果表明:复合加固短柱的承载力与延性均优于扩大截面加固柱;减小偏心距或增加钢管壁厚均能显著提高复合加固柱的承载力与延性;改变自密实混凝土强度,复合加固柱承载力与延性变化不明显。在确定钢材与新旧混凝土本构关系的基础上,利用纤维模型法对复合加固短柱偏压性能进行参数分析。研究结果表明:增加钢管壁厚或提高屈服强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往内收拢;增大外扩截面直径或提高自密实混凝土强度,N/N_u-M/M_u相关曲线往外凸出。     

钢管混凝土短柱力学性能研究-实用计算方法

通过对国内外233个钢管混凝土短柱的有效试验结果的重分析,进一步论证了套箍指标是影响钢管混凝土短柱极限承载力的综合因素,建立了钢管混凝土短柱极限承载力、峰值应变和平台强度等实用计算公式和钢管混凝土短柱组合材料应力-应变全曲线实用计算公式,混凝土强度等级适用范围为C20~C110,其计算结果与试验结果吻合良好。研究成果可供钢管混凝土柱的非线性有限元全过程分析参考。     

500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱受力性能试验及有限元模拟分析

通过对7根500 MPa级钢筋自密实混凝土短柱试件的偏心受压试验,研究了试件的受力特征以及高强钢筋与自密实混凝土之间的协同工作性能。试验结果表明,500 MPa级钢筋在柱中与自密实混凝土协同工作性能良好,试件在偏心受压全过程中基本符合平截面假定。采用ABAQUS软件,建立500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱的有限元模型,利用试验实测结果验证模型的适用性与可靠度,并分析自密实混凝土强度、初始荷载偏心距和纵筋配筋率对偏心受压短柱力学性能的影响规律。试验实测值与有限元模拟分析结果表明,500MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱正截面受压承载力可采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中的相关公式计算;为保证一定的安全储备,建议500 MPa级钢筋的设计强度取值为f_sd=f_sd'=420 MPa,材料分项系数取值为γ_s=1.2。     

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。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明:采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

Study on equivalent confinement coefficient of composite CFST column based on unified theory

This article introduces the Unified Theory of Concrete Filled Steel Tube (CFST) into counting strength of composite CFST columns subjected to axial compression. There were four types of composite CFST columns listed, and one equivalent confinement coefficient was proposed with consideration of different sections of confining materials, so the whole cross section can be taken as one new composite material to research axial compressive behaviors of the composite CFST column. One unified design formula was derived from the Unified Theory, which was suitable for solid or hollow, circular or non-circular various cross sections of the composite CFST columns. The ultimate compressive bearing capacity was calculated in comparison with corresponding test results. The results show that the equivalent confinement coefficient can be used to calculate the compressive strength of the composite CFST column, and it has a linear relation with the enhanced coefficient of composite strength. Thus, the equivalent confinement coefficient was one important parameter to analyze the mechanical behavior and it can clearly reflect the confinement between concrete and confining material. This method is one more convenient and simpler approach for design work of composite CFST structures.     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

Compressive stiffness and strength of concrete filled double skin (CHS inner &; CHS outer) tubes

This paper investigated the stiffness and capacity of concrete filled double skin tubes (CFDST) column under axial compression. The column has circular hollow section (CHS) as both outer skin and inner skin. Stiffness of CFDST columns under small displacement was analyzed by the energy method. The modified elastic modulus of the between concrete and steel tubes were deduced respectively to calculate the composite stiffness of the CFDST stub column. According to the unified theory of concrete filled steel tube (CFST), the bearing capacity of the stub column was predicted by presenting the equivalent confinement coefficient of CFDST. The composite modulus and ultimate strength of the stub columns were calculated in comparison with corresponding test value, and it was found that there was good agreement between theoretical and experimental results.     

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。      

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究

混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。