SRPE管-混凝土-钢双壁空心短柱轴压性能试验研究

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土桥柱的腐蚀问题,提出“SRPE管-混凝土-钢双壁空心柱”。为研究其轴心受压力学性能,设计制作了6根SRPE管-混凝土-钢双壁空心短柱并进行轴压试验,获得了试件的破坏形态和荷载-位移曲线,进而分析了SRPE管压力等级、空心率和钢管径厚比对试件轴心受压力学性能的影响规律。研究结果表明：试件的破坏形态为中下部剪切破坏;试件极限承载力随SRPE管压力等级提高而增大,随空心率和钢管径厚比增大而减小,且空心率影响大于钢管径厚比。最后给出了SRPE管-混凝土-钢双壁空心短柱的轴心受压承载力计算式,计算结果与试验值吻合良好。     

薄壁不锈钢管-钢骨混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究薄壁不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱的轴压力学性能,以含钢率和混凝土强度为试验变量,设计了6个薄壁不锈钢管混凝土组合短柱,包含4个不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱,2个不锈钢管混凝土组合短柱对比试件。通过不锈钢管组合短柱轴压性能试验结果,分析各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力及应变特征,并研究了不同变量对极限承载力及残余承载力的影响规律。研究结果表明:不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱具有较高的承载能力和较好的延性;含钢率对试件承载力影响较大,随着含钢率增大,试件承载力显著提高;混凝土强度的提高也显著提高了试件的承载力。采用欧洲EC4、中国GB 50936标准及相关学者提出的理论计算式计算了不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱的极限承载力,结果表明:考虑钢管及钢骨双重约束效应的理论计算式能较为准确地预测不锈钢管-钢骨混凝土柱承载力。     

不锈钢管中管混凝土轴压试验研究

不锈钢具有良好的耐腐性与延性,为了探究海洋平台新型不锈钢导管腿性能,共进行了5组不同空心率的不锈钢与普通钢管中管混凝土试件的轴压试验对比研究,主要对两种材质试件进行了破坏模式、荷载-位移曲线及荷载-应变曲线的对比。研究表明:不锈钢与普通钢管中管混凝土试件均呈腰鼓型破坏;不锈钢管中管混凝土试件的延性比普通钢管中管混凝土试件的延性好。采用有限元软件ABAQUS对不锈钢管中管混凝土短柱轴压力学性能进行了数值模拟分析,得到的有限元计算值与试验结果吻合良好。     

FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱轴心抗压试验研究

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP管的纤维拉断,FRP管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP管约束程度、FRP层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。     

设肋方矩形不锈钢管混凝土轴压力学性能研究

对设肋方矩形不锈钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了有限元模拟,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上,进行了设肋不锈钢管混凝土轴压受力特性分析和影响因素分析,最后提出轴压短柱承载力的实用设计公式。研究结果表明,在相同轴向应变下,设肋不锈钢管混凝土横向变形比不设肋不锈钢管混凝土小,对核心混凝土的约束效果更好,在整个过程中,不锈钢管角部的约束力最大且持续增加,构件的承载力和后期延性比不设肋构件大;和设肋普通钢管混凝土相比,设肋不锈钢管混凝土轴压极限承载力稍小,而后期承载力提高。随着加劲肋宽厚比、混凝土强度、不锈钢强度的增加或不锈钢管宽厚比的减少,设肋不锈钢管混凝土的轴压极限承载力增大。     

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。     

圆钢管橡胶混凝土短柱承载力分析

为研究圆钢管橡胶混凝土短柱承载力性能,对16根圆钢管橡胶混凝土短柱试件进行轴压试验,试验结果表明:圆钢管橡胶混凝土短柱破坏形态与普通圆钢管混凝土柱类似,均为中下部鼓曲破坏;随着橡胶取代率的增加和含钢率的下降,其承载力下降,安全储备降低;参考国内外代表性的钢管混凝土设计规范、规程及研究成果,提出了圆钢管橡胶混凝土短柱轴压...     

不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能，进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究，主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明：不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性，承载力随再生砖骨料掺量增加而减小，再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大，短柱的轴压刚度越小，不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大；再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时，修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型，建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析，有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算，提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土，支管为空钢管的K形搭接节点，按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点，对节点两个支管通过同步往复加载，研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明：未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏，主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏；主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力，对于方管尤为显著，但对节点的延性影响不大；相比主圆支圆的未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%，节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%；相比主方支圆未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%，节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%，但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析，分析结果与试验结果吻合良好，并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明：随主管空心率的增大，节点耗能能力和承载力有所减小；随支主管直径比的增大，节点滞回曲线趋于饱满，耗能能力和承载力提高；随支管径厚比的增加，节点的滞回曲线的饱满度降低，节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。     

Experimental investigation of concrete-filled cold-formed high strength stainless steel tube columns

This paper presents an experimental investigation of concrete-filled cold-formed high strength stainless steel tube columns. The high strength stainless steel tubes had a yield stress and tensile strength up to 536 and 961 MPa, respectively. The behaviour of the columns was investigated using different concrete cylinder strengths varied from 40 to 80 MPa. A series of tests was performed to investigate the effects of the shape of the stainless steel tube, plate thickness and concrete strength on the behaviour and strength of concrete-filled high strength stainless steel tube columns. The high strength stainless steel tubes were cold-rolled into square and rectangular hollow sections. The depth-to-plate thickness ratio of the tube sections varied from 25.7 for compact sections to 55.8 for relatively slender sections. The columns had different lengths so the length-to-depth ratio generally remained at a constant value of 3. The concrete-filled high strength stainless steel tube specimens were subjected to uniform axial compression. The column strengths, load-axial strain relationships and failure modes of the columns were presented. The test strengths were compared with the design strengths calculated using the American specifications and Australian/New Zealand standards that consider the effect of local buckling using an effective width concept in the calculation of the stainless steel tube column strengths. Based on the test results, design recommendations were proposed for concrete-filled high strength stainless steel tube columns.     

Tests of concrete-filled stainless steel tubular T-joints

This paper describes a test program on a wide range of concrete-filled cold-formed stainless steel tubular T-joints fabricated from square hollow section (SHS) and rectangular hollow section (RHS) brace and chord members. A total of 27 tests was performed. The chord member of the test specimen was filled with concrete along its full length. Both high strength stainless steel (duplex and high strength austenitic) and normal strength stainless steel (AISI 304) specimens filled with nominal concrete cylinder strength of 30 MPa were tested. The axial compression force was applied to the top end of the brace member, which was welded to the center of the chord member. Local buckling failure of brace member was the main failure mode observed during the tests. Hence, the axial compression force was then applied by means of a steel bearing plate to avoid failure of brace member. The failure modes of chord face failure and chord side wall failure as well as crushing of the concrete infill were observed. All the tests were performed by supporting the chord member of the specimen along its entire length to apply the pure concentrated force without any bending moment. The test results were also compared with design rules for carbon steel tubular structures, which is the only existing design guideline for concrete-filled tubular joints. It is shown that the design strengths predicted by the current design rules are quite conservative for the test specimens. It is also recommended that the contribution of stainless steel tubes should be included in the design rules since it has significant effects on the ultimate bearing capacity of concrete-filled stainless steel tubular T-joints.     

圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力机理分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱的受力机理,通过有限元软件ABAQUS建立了该类构件的力学模型,并与已有试验数据进行对比,验证了模型的合理性。分析了典型构件的受力全过程荷载-应变关系曲线、钢管与混凝土之间的相互作用力、破坏模态和荷载分配; 同时分析了空心率、锥度、钢管径厚比和混凝土强度等参数对相互作用力的影响。结果表明:典型构件荷载-应变关系曲线可分为弹性段、弹塑性段、下降段和稳定段4个阶段; 构件破坏是由外钢管向外鼓曲所导致的,破坏截面约在0.8H(H为构件高度)柱高处; 锥度和空心率的改变对构件破坏截面位置影响较大,随着锥度和空心率的增大,破坏截面位置逐渐向柱顶靠近; 影响外钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度、外钢管径厚比、外钢管屈服强度和混凝土强度; 影响内钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度和外钢管屈服强度; 内钢管径厚比与内钢管屈服强度对混凝土与内、外钢管之间的相互作用力影响较小,可不作为主要参数进行分析。     

中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱承载力研究

以某跨海大桥原型设计提出的一种新型中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱为背景,设计制作了4个中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱试件。通过轴心受压试验,研究中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱破坏过程,并分析混凝土强度、钢板厚度、连接件型式等参数对试件轴压性能的影响。采用ABAQUS软件进行有限元模拟,分析不同结构型式和设计参数(混凝土强度、钢板强度和钢板厚度)对组合塔柱受力性能的影响。研究表明：中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱具有优异的承载能力和延性,其承载能力和延性与内外壁钢板-混凝土组合塔柱相当,明显优于普通钢筋混凝土柱;提高混凝土强度、钢板强度和增加钢板厚度均能够提高组合塔柱承载力,但对结构刚度提高不明显。研究成果可为大跨桥梁设计提供参考。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。     

外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力

在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上,根据外方内圆中空夹层钢管混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将外方内圆中空夹层钢管混凝土等效为外圆内圆中空夹层钢管混凝土,推导了外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式,并将该公式的计算结果与文献试验结果进行了比较。结果表明:该理论公式是正确可行的,该结果为外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力分析提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值。     

Experimental investigation on concrete-filled stainless steel stiffened tubular stub columns

This paper presents an experimental investigation on concrete-filled normal-strength stainless steel stiffened tubular stub columns using the austenitic stainless steel grade EN 1.4301 (304). The stiffened stainless steel tubes were fabricated by welding four lipped angles or two lipped channels at the lips. Therefore, the stiffeners were formed at the mid-depth of the sections. In total, five hollow columns and ten concrete-filled columns were tested. The longitudinal stiffener of the column plate was formed to avoid shrinkage of the concrete and to behave as a continuous connector between the concrete core and the stainless steel tube. The behavior of the columns was investigated using two different nominal concrete cubic strengths of 30 and 60 MPa. A series of tests was performed to investigate the effects of cross-section shape and concrete strength on the behavior and strength of concrete-filled stainless steel stiffened tubular stub columns. The measured average overall depth-to-width ratios (aspect ratio) varied from 1.0 to 1.8. The depth-to-plate thickness ratio of the tube sections varied from 60 to 90. Different lengths of columns were selected to fix the length-to-depth ratio to a constant value of 3. The concrete-filled stiffened stainless steel tubular columns were subjected to uniform axial compression over the concrete core and the stainless steel tube to force the entire section to undergo the same deformations by blocking action. The column strengths, load–axial strain relationships and failure modes of the columns are presented. Several comparisons were made to evaluate the test results. The results of the experimental study showed that the design rules, as specified in the European specifications and the ASCE, are highly conservative for square and rectangular cold-formed concrete-filled normal-strength stainless steel stiffened stub columns.     

Experimental investigation on concrete-filled steel tubes with reinforcing bars under axial and eccentric tension

针对4m长内配钢筋钢管混凝土试件开展轴拉和偏拉试验,研究其受力过程及破坏形态,获得了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和试件的受拉承载力及刚度,并与同尺寸的空钢管和钢管混凝土试件进行了比较。研究结果表明：内配钢筋可以有效地增加试件的受拉承载力和刚度,且当试件达到轴拉承载力时钢筋可以屈服;核心混凝土的存在使得外钢管在受拉时处于双向应力状态,从而提高了钢管混凝土试件的受拉承载力,壁厚为4mm和6mm的钢管混凝土试件的轴拉承载力相比空钢管分别提高13%和15%;在试验研究的基础上提出了内配钢筋钢管混凝土试件在轴拉和偏拉工况下的承载力和刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

中空夹层钢管混凝土柱在长期荷载作用下的力学性能研究

基于美国混凝土协会ACI 209(1992)提供的混凝土徐变和收缩模型,对长期荷载作用下中空夹层钢管混凝土柱的变形和承载力进行计算。分析加荷龄期、持荷时间、长期荷载比、名义含钢率、钢材屈服强度、内钢管厚度、混凝土强度、空心率、长细比和荷载偏心率等参数对中空夹层钢管混凝土柱变形特性和承载力的影响。最后,在系统分析各影响因素的基础上,提出长期荷载作用对中空夹层钢管混凝土柱承载力影响系数的计算方法。