方中空夹层钢管混凝土柱的承载力及影响因素分析

采用双剪统一强度理论,对轴心受压下的方中空夹层钢管混凝土短柱的受力性能进行了理论分析.引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数,将方中空夹层钢管混凝土等效为圆中空夹层钢管混凝土,在厚壁圆筒统一强度理论的基础上,结合钢管混凝土统一理论,推导出方中空夹层钢管混凝土柱的极限承载力,并对影响因素进行了分析.与有关文献的试验结果进行比较,结论基本一致,证明统一强度理论对方中空夹层钢管混凝土的理论分析有很好的适用性.该结果为方中空夹层钢管混凝土承载力的分析计算提供了一定的理论依据.     

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。     

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

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.     

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。     

中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压性能研究

为考察偏心距和长细比对采用带纵向加劲肋的薄壁外管中空夹层钢管混凝土柱受力性能的影响,进行5个方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土长柱的偏压试验。试验结果表明:构件的极限荷载随着偏心距和长细比的增大而下降;该类构件的延性低于传统中空夹层钢管混凝土柱。针对试验模型,对中空夹层薄壁钢管混凝土偏压柱进行了有限元模拟,有限元计算结果和试验结果吻合较好。基于有限元模型开展了机理分析和参数分析,结果表明:外部薄壁钢管的约束主要集中在横截面角部很小的范围,核心混凝土承担了大部分荷载;混凝土强度、钢材屈服强度、径厚比、径宽比、长细比直接影响轴力-弯矩相关曲线的形状。基于研究成果,提出了中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压时承载力的简化计算式,供工程实际参考。     

圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱几何尺寸效应的研究

中空夹层钢管混凝土是在实心钢管混凝土的基础上产生的，并受到许多研究人员的重视。现根据已有的研究成果，分析各几何参数对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱承载力提高系数的影响，并提出一些可供设计人员参考的几何数据。     

圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究

圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力.为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了 8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证.结果表明:基于双剪切统一强度理论、极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ/T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差.推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算.最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为 e/R≤1.55.     

CFRP加固钢管混凝土轴心受压短柱承载力分析

综述了国内外有关CFRP加固钢管混凝土结构的技术与应用的最新进展,对CFRP钢管混凝土的结构组成、受力机理进行了理论分析。利用CFRP抗拉强度高和便于施工操作等优点在既有钢筋、钢管混凝土、钢结构的维修加固方面的广阔应用前景,采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力以及CFRP筒对内层钢管混凝土的环向紧箍作用,在厚壁圆筒的统一强度理论解基础上,推导出了CFRP加固钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。与相关文献资料的试验结果进行了比较,吻合较好,验证了理论公式的正确性和可行性,并且该公式可以退化为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的表达式,从而进一步验证了统一强度理论对CFRP加固钢管混凝士轴压短柱承载力计算的适用性。该结果为CFRP加固钢管混凝土轴压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考价值。     

Concrete filled double skin circular stub columns under compression

Concrete filled double skin tubular (CFDST in abbreviation) stub columns consist of double concentric thin steel tubes and filled concrete between them. Their mechanical behaviors under axial compression were investigated experimentally. Two testing parameters considered were inner-to-outer diameters ratio and diameter-to-thickness ratio. Observed failure modes were controlled by the local buckling of both the tubes associated with shearing failure of the filled concrete. Main discussion is given on confinement effect by the outer tube to the filled concrete strength. Equations to estimate their ultimate strengths under compression were proposed based upon the yielding strengths of the tubes and the filled concrete cylinder strength.     

圆钢管及钢管混凝土柱的抗火设计

分别对圆钢管、钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土柱进行了抗火设计,并对结果进行比较分析。结果表明,在较高荷载比下柱的耐火极限不能满足实际要求,必须进行防火保护。在相同条件下,耐火极限从大到小排序为:圆钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、钢管柱。在一级耐火等级下,钢管混凝土柱和中空夹层钢管混凝土柱需要厚涂型钢结构防火涂料的厚度可比钢管柱分别少55%和18%以上。随着荷载比的减小或截面尺寸的增加,柱的耐火极限提高,需要的保护层厚度减小。对于钢管混凝土柱,若采用水泥砂浆保护层,其厚度是防火涂料的3倍及以上。     

初始荷载下中空钢管混凝土柱轴向强度

与传统的钢管混凝土柱相比,中空钢管混凝土(CFDST)柱具有很多优点,诸如自重轻和良好的循环性能。CFDST柱可能被用于桥梁,高层建筑,高架桥和输电塔结构中。内外钢管将承担来自上部结构和浇筑的湿混凝土的初始荷载。由这些初始荷载造成的钢管初应力和变形会影响CFDST构件的性能。因此,对外钢管单独承担初始荷载和内外钢管同时承担初始荷载时,CFDST柱的轴力性能进行讨论。建立通用的有限元模型预测钢管负荷时CFDST柱的性能。通过承担初始荷载和不承担初始荷载的CFDST柱的试验结果对该有限元模型进行验证。讨论初始荷载水平、长细比、空心率和材料强度对轴向强度的影响。最后,给出初始荷载下的CFDST柱的极限强度计算公式。     

Behavior of FRP–concrete–steel double skin tubular members under lateral impact: Experimental study

In this paper, an experimental investigation on the impact performance of FRP–concrete–steel double skin tubular members is presented. Twenty-four tests were carried out to examine the failure modes and the time histories of the impact forces, lateral deformations and strains. The effects of the impact energy and number of FRP layers on the impact behavior of the double skin tubular members were discussed. The results show that FRP–concrete–steel double skin tubular members behave in a ductile manner; there is a long stabilized stage of impact forces and the residual deformation mainly results from the cracking of FRP and concrete, as well as the overall bending deformation. The confinement of the outer FRP layers in the hoop direction to the sandwiched concrete in the composite members is small during the whole impact process. However, increasing the number of the outer FRP layers is somewhat beneficial to improve the dynamic resistance ability. The effect of the impact energy on the dynamic response of the composite members is significant. The difference between the FRP–concrete–steel double skin tubular members, concrete filled double skin steel tubes and concrete filled steel tubes is discussed based on the test results in this paper.     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

钢管高强混凝土柱温度场的非线性有限元分析

在合理地确定了火灾情况下钢管高强混凝土柱受火模型的基础上 ,利用有限元法计算钢管高强混凝土在火灾情况下的温度场。计算结果与试验结果吻合良好 ,并考虑了不同保护层厚度 (混凝土和防火涂料 )及不同直径对钢管混凝土温度场的影响 ,从而为进一步研究钢管高强混凝土的耐火极限和高温下的力学性能创造了条件     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

Behaviour of concrete-filled double skin rectangular steel tubular beam-columns

Double skin composite columns are formed from two steel skins filled with concrete in between. This new form of hybrid column has the potential to be used in many domains such as high-rise bridge piers and large diameter columns in high-rise buildings, etc. This paper describes a series of tests carried out on concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns, beams and beam-columns. Both outer and inner tubes are cold-formed rectangular hollow sections (RHS). The failure modes, and load-deformation behaviour of CFDST specimens are compared with those of conventional concrete-filled steel tubular members and empty double skin tubular members. A theoretical model is developed in this paper for the CFDST stub columns, beams and beam-columns. Reasonably good agreement is observed between the predicted and tested curves. Simplified models are derived to predict the load-carrying capacities of the composite members.     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文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。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

Mechanical behavior of concrete filled double skin steel tubular columns under cyclic pure torsion

为研究中空夹层钢管混凝土柱在扭矩作用下的滞回性能,以截面形式和空心率为主要参数,开展了4个中空夹层钢管混凝土柱试件在扭矩作用下的拟静力试验,得到了中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的破坏模式和扭矩-转角关系曲线。试验结果表明：中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的扭矩-转角滞回曲线较为饱满,没有出现“捏拢”现象,卸载刚度与初始弹性刚度接近,具有较好的耗能能力。往复扭矩作用下,圆形截面中空夹层钢管混凝土柱的扭转性能较方形截面中空夹层钢管混凝土柱更优。在截面外轮廓形状和尺寸相同的条件下,空心率对中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下扭转性能的影响不大。