钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压性能研究

为研究不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压性能，采用有限元分析软件ABAQUS，以内钢管厚度和长细比为变化参数进行了9个试件的数值分析，探讨了各影响参数对不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压的影响。研究结果表明，有限元软件模拟结果与试验结果吻合较好，极限承载力误差在5%以内，外钢管上部出现一致的鼓曲变形；随着内钢管厚度的增大，试件的极限承载力提高范围在20%内，当钢管的壁厚为4～6mm时可以最有效提高承载力；长细比的增大，试件的极限承载力退化在5%以内，但因整体失稳，轴压刚度出现明显降低。提出了稳定系数与长细比的计算关系，计算结果吻合极好。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压性能有限元分析

在8根方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件试验研究的基础上,利用有限元软件ANSYS建立了方钢管再生混凝土长柱偏心受压的计算模型。通过计算得出了荷载-位移曲线,分析了构件的变形性能以及长细比、偏心距等因素对极限承载力的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱偏压构件主要表现为整体失稳破坏;其偏压弹性刚度随长细比及偏心距的增大呈先增后减的趋势;延性及轴向耗能能力随长细比的增大呈先减后增的趋势,随偏心距的增大呈先增后减的趋势;构件极限承载力随长细比及偏心距的增大而减小;计算结果与试验结果吻合良好,能够较真实地反映试验结果,所建立的有限元模型能够有效地对方钢管再生混凝土柱偏压力学性能进行全过程分析。     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明:内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

轴心受压方钢管-钢骨混凝土组合长柱力学性能的非线性有限元分析

基于钢管-钢骨高强度混凝土轴压组合长柱轴压试验,利用大型有限元软件ANSYS建立三维有限元数值分析模型,并对建立的模型进行非线性有限元数值模拟,分析方钢管-钢骨高强度混凝土组合长柱在轴心压力作用下的力学性能。有限元计算出来的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数与试验结果吻合较好,证明所建立三维有限元模型和分析结果是可靠有效的;在此基础上,利用有限元模拟对若干影响组合长柱受力性能的因素进行了分析。研究表明:组合长柱截面含骨率与混凝土轴心抗压强度对方钢管-高强度混凝土组合长柱的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数有重要影响;随着方钢管厚宽比的增大,方钢管-高强度混凝土组合长柱的屈服承载力和极限承载力均有明显的增加。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

GFRP短柱构件轴压性能试验与有限元分析

为探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)压杆稳定承载性能,对GFRP圆杆进行轴心受压试验,主要考察长细比、截面尺寸以及边界条件对杆件的影响。通过试验得到杆件的极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和应力-应变曲线。在试验基础上采用有限元软件ABAQUS计算了不同长细比、径厚比的两端铰支GFRP轴压杆的承载力,得到不同径厚比下轴压杆件极限承载力随长细比的变化曲线。结合试验和数值模拟结果,得到了铰支条件下GFRP轴心受力杆件破坏模式随长细比、径厚比的变化规律,为压杆稳定承载力计算公式的提出奠定基础。     

轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土短柱的试验和数值研究

使用试验和数值方法研究轴向压缩荷载下双层中空钢管混凝土柱的性能。对一个外层为八边形钢管﹑内层为环形PVC-U管﹑且在两层间填充高强混凝土的双层中空钢管混凝土柱进行研究。测试混凝土强度﹑径厚比﹑空心率﹑长细比对双层钢管混凝土柱的极限轴压承载力的影响。经测试发现:双层中空钢管混凝土柱的极限轴压承载力随着混凝土强度的增加而增加,但随着径厚比或空心率的增加而减少。根据试验结果,提出一个能预测双层中空钢管混凝土柱极限轴压承载力的设计公式。     

方钢管再生混凝土长柱轴心受压性能试验研究

以长细比为主要变化参数,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行了轴心受压单调加载试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,分析了长细比对试件承载性能的影响,并讨论了国内现行常见规范所推荐方法对方钢管再生混凝土长柱轴压承载力计算的适用性。结果表明:方钢管再生混凝土长柱轴心受压主要经历了弹性、屈服以及破坏三个阶段,长细比较小试件,主要体现为材料强度破坏,长细比较大的试件,受二阶效应影响明显,主要表现为整体弯曲失稳破坏,所有试件破坏前均出现了管壁局部屈曲现象;长细比对试件承载力影响较大,试件承载力随长细比的增加而逐渐降低;建议采用DBJ 13-51-2003与CECS 159:2004规范进行方钢管再生混凝土轴压长柱的承载力计算。研究结果可为工程应用提供参考。     

钢管再生混凝土柱轴压及其核心混凝土多轴力学性能研究

将钢管再生混凝土结构用于实际工程中,长细比是对其力学性能影响的重要因素之一。首先对核心再生混凝土进行了多轴拉压试验,给出了其本构关系;对4种不同长细比的12根钢管再生混凝土柱进行了轴心受压试验,分析了长细比对其极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载比-横向变形系数曲线的影响。结果表明:随着试件长细比的增大,钢管再生混凝土柱的极限承载力显著下降,长细比增加50%,其承载力下降3. 3%左右;纵向应变减小,环向应变增加;钢管对核心再生混凝土的套箍约束作用开始增强的时间越早。基于试验研究和理论分析,给出了考虑长细比的钢管再生混凝土柱承载力计算公式。在上述基础上,对其进行了ABAQUS有限元模拟研究,模拟结果与试验结果吻合较好。     

高温滑移后方钢管混凝土柱轴压性能研究

为研究高温滑移对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力的影响,以高温条件,径厚比作为参数对方钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究。通过试验得到了试件的失效模式、剩余极限承载力以及荷载-位移曲线,并分析了高温、径厚比对方钢管混凝土柱的剩余极限承载力、延性以及刚度的影响。研究结果表明:高温滑移后,方钢管混凝土柱的端部受损最为严重,且最终因变形过大而导致构件的破坏;方钢管混凝土柱的极限承载力会随着温度的升高而降低;方钢管混凝土柱的延性以及刚度都有明显的下降,且当径厚比较大时,延性和刚度的下降幅度更大;此外,提出了高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力的折减系数,通过试验证实了该折减系数可以较好地预测高温滑移后钢管混凝土柱剩余极限承载力。     

T形钢管混凝土组合柱轴压有限元分析

为了研究不同钢管直径对T形钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,分析试件的破坏形态及钢管、核心混凝土、外围混凝土的应力分布、破坏情况,本文对三个不同钢管直径的T形钢管混凝土组合柱进行有限元模拟研究,在选择合理的材料本构模型的基础上,利用有限元软件ANSYS建立三个试件的有限元模型并对其做轴压下的模拟。分析得出钢管直径越大,极限承载力越大,验证了利用ANSYS模拟T形钢管混凝土组合柱轴压极限承载力的可行性,为深入研究T形钢管混凝土组合柱的提供了参考。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载性能试验研究

为了研究圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能,考虑长细比、含钢率、高宽比3个变化参数,设计了 6个试件进行轴压静力单调加载试验,得到了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等数据,并分析参数变化对承载力的影响.试验结果表明:圆端形钢管混凝土中长柱受力过程经历弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,破坏形态为弹塑性失稳破坏;试件承载力与含钢率呈正相关,与长细比呈负相关,对于高宽比较大的试件,含钢率对承载力的影响更大.基于有限元软件ABAQUS的参数分析,建立圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载力简化公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压力学性能研究

以长细比及偏心距为主要变化因素,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行偏心受压单调加载试验。通过观察试件破坏形态,利用获取的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及试件承载力等重要数据,分析方钢管再生混凝土长柱偏心受压工作机理,并讨论上述因素对试件极限承载力及破坏形态的影响,最后利用国内常用的钢管混凝土规范所推荐的压弯构件承载力计算方法进行承载力理论计算,并与试验结果进行对比。研究表明:方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件的受力过程、破坏形态、变形特性等与普通钢管混凝土相似,试件承载力随长细比和偏心距的增大而减小,最终破坏形态主要为整体失稳破坏,部分试件为材料强度破坏;根据规程GJB 4142—2000所计算承载力与试验结果吻合较好。     

方钢管活性粉末混凝土轴压柱力学性能试验研究

通过方钢管活性粉末混凝土轴压柱试验,以长细比、含钢率为试验变量,研究了试件的破坏形态、荷载-位移和荷载-应变曲线,并将试验承载力与普通钢管混凝土柱承载力计算公式得到的结果进行了对比。试验表明:方钢管活性粉末混凝土轴压柱的破坏形态分为腰鼓形破坏和剪切形破坏两种,其中剪切形破坏的试件试验后期强化作用明显,极限承载力随着钢管套箍系数的增大而逐渐增大,方钢管RPC柱的荷载-位移全曲线可分为:线弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和强化阶段,部分试件还存在荷载持平阶段。     

方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱试验研究

进行了7个方形CFRP钢管约束再生混凝土轴压长柱的静力试验,分析了长细比、再生粗骨料取代率、包裹CFRP布的层数对轴压性能的影响。试验结果表明,再生粗骨料取代率越高和试件长细比越大,试件极限承载力越小;包裹CFRP布的层数越多,试件极限承载力越大。     

酸雨环境下方钢管再生混凝土纯弯力学性能试验研究

以混凝土骨料类型和腐蚀程度为主要变化参数,设计了6个方钢管混凝土试件,先将其置于酸雨腐蚀溶液中对其进行通电加速腐蚀,再对其纯弯力学性能进行分析。试验结果表明:腐蚀前期,实测的腐蚀厚度略低于理论的腐蚀厚度,后期则较为接近;方钢管再生混凝土试件与方钢管普通混凝土试件有着类似的破坏形态,钢管再生混凝土的极限承载力比钢管普通混凝土略低;随着腐蚀程度的加深,试件的弹性阶段刚度、承载力及后期延性下降,且目标腐蚀度为20%的试件比目标腐蚀度为10%的试件极限承载力下降幅度更大。通过有限元软件ABAQUS计算方钢管再生混凝土构件的纯弯力学性能,并对其弯矩-挠度关系曲线进行分析。计算结果表明:有限元模拟的试件在线弹性阶段的刚度比试验中略大,但所得到的各个试件的极限承载力和试验结果比较接近,且有限元计算模型的破坏模态与试验中试件的破坏形态吻合得也较好,折减钢管壁厚的方法可以有效模拟酸雨腐蚀对钢管普通(或再生)混凝土纯弯试件承载力的影响。