钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。     

钢管钢纤维混凝土短柱轴压性能的有限元分析

对3根钢管混凝土试件(1根钢管混凝土短柱和2根钢管钢纤维混凝土短柱)进行轴压试验。试验结果表明:掺入钢纤维能有效提高钢管混凝土柱的延性,对其承载力的提高作用较小。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS对钢管钢纤维高强混凝土短柱的轴心受压性能进行有限元分析,实验结果与有限元结果符合良好。对轴压短柱进行参数分析,分析钢管壁厚,混凝土强度及钢纤维含量对钢管混凝土柱力学性能的影响。研究表明:钢管壁厚对轴压短柱的承载力影响较为明显,其延性也略有提高;混凝土强度对钢管混凝土柱的承载力有一定提高,但随着强度的增大延性略有降低;钢纤维含量对轴压短柱的承载能力略有提高但对其延性的提高作用较为明显。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析

结合圆端形钢管混凝土轴压短柱试验,利用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱计算模型。选择简化的圆端形核心混凝土本构模型,计算得到构件的荷载-轴向应变曲线,并与试验曲线进行了对比,结果表明两者吻合较好。在此基础上进行了参数分析,研究了混凝土强度等级、钢材强度等级对构件承载力的影响。模拟结果表明,构件的承载力随着混凝土、钢材强度等级的提高而提高,但随着混凝土、钢材强度等级越来越高,构件承载力提升幅度开始变缓。     

圆钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究掺入钢纤维的圆钢管再生混凝土短柱的性能,考虑不同钢纤维掺量、不同再生混凝土取代率、不同混凝土强度等级三个因素,共设计了14个试件,对其进行轴压试验。试验结果表明：随着钢纤维掺量的增加,试件的极限承载力提高;随着再生混凝土取代率的增加,试件的极限承载力降低;随着混凝土强度的增大,试件的极限承载力提高;其中混凝土强度对极限承载力影响最大,再生混凝土取代率的影响最小。     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

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。     

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高。对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

进行了9根方钢管钢纤维改性再生混凝土短柱的轴压性能试验,主要分析了不同再生混凝土取代率、不同钢纤维掺量、不同混凝土强度对方钢管混凝土短柱受力性能的影响。研究发现添加钢纤维的再生混凝土抗压强度高,也可以抑制钢管内混凝土的变形;再生混凝土取代率与试件承载力成反比且影响程度最小;钢纤维掺量和混凝土强度与试件承载力成正比,混凝土强度对承载力影响最大,并探讨了方钢管钢纤维再生混凝土短柱的承载力计算方法,计算值与试验值吻合良好。     

L形带肋钢管再生混凝土轴压短柱力学性能有限元分析

为研究L形带肋钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能,在验证模型有效性的基础上,使用有限元软件对带肋钢管再生混凝土短柱与无肋钢管再生混凝土短柱轴压下的受力过程、破坏模式进行对比分析。研究了再生混凝土取代率、柱长径比、钢材强度、钢板厚度等参数对L形带肋钢管再生混凝土力学性能的影响。结果表明:再生混凝土取代率和柱长径比对短柱影响显著,随着取代率、长径比的增加,构件的承载力降低,变形能力增大;随着钢材强度提高,短柱的承载力增大;钢板厚度的增加,有利于承载力及变形能力的提高。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

高强钢管高强混凝土短柱力学性能智能模型研究

为研究超出规范范围材料强度的高强钢管高强混凝土短柱承载力在规范范围外拓展应用的相关问题,搜集61组试验及有限元数据,利用神经网络智能技术研究了在不同的截面尺寸、高强材料、含钢率、偏心率和长细比等影响因素下的高强钢管高强混凝土短柱的极限承载力及荷载-位移曲线,将承载力预测结果与规范EC4、规范ACI及规范GJB 4142—2000的计算结果进行了对比分析,并预测了试件的荷载-位移曲线,对各阶段各模型的切线刚度进行了分析研究。研究结果表明：所述规范可以在一定程度上继续延伸使用,而神经网络智能模型不仅与试验数据吻合度较高、精确度高,还考虑了规范没有考虑的约束效应减弱及两种材料强度匹配程度对承载力的影响,承载力会随着混凝土强度和钢材强度的提高而减缓增强速度;神经网络智能模型非常适合用于预测高强钢管高强混凝土短柱承载力,可以为实际工程和规范延伸拓展提供设计参考;神经网络智能模型相比于现有组合构件应力-应变理论公式会更加简便准确,以切线刚度的对比结果可知,其可以更加准确地反映和再现轴压作用下高强钢管高强混凝土短柱荷载-位移曲线的特征,对构件的力学性能研究有一定的参考作用。     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14~0.38的高强钢管超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明：与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。     

无端板方钢管再生混凝土短柱中心局部受压承压性能有限元分析

利用有限元软件ANSYS对方钢管再生混凝土短柱中心局部受压承载性能进行非线性分析,探讨了截面含钢率、再生骨料取代率等因素对其性能的影响。研究结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,所建立的有限元模型可较好地满足对方钢管再生混凝土短柱进行局压承载力模拟分析的要求;方钢管再生混凝土短柱局压受力特性与方钢管普通混凝土相似,局压承载力随着含钢率的增大而提高,且提高幅度呈非线性增长,含钢率为0.12时的局压承载力相对于含钢率为0.08时有较大幅度的提高;局压承载力与再生混凝土抗压强度基本呈线性关系,其比值控制在4.5左右。实际工程中需以再生混凝土实测强度为标准,进行方钢管再生混凝土构件局压承载力的验算。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

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。     

考虑徐变非线性的钢管混凝土柱徐变稳定承载力计算方法

对高持荷荷载作用后钢管混凝土柱稳定性能进行了数值分析,同时结合初弯曲构件稳定理论和Perry公式,通过理论推导提出了钢管混凝土柱徐变后稳定承载力计算公式。为深入研究构件徐变稳定性能,将钢管混凝土非线性徐变模型以及考虑约束作用和材料非线性的应力-应变关系引入ABAQUS,建立了钢管混凝土柱有限元分析模型;在验证了有限元模型可靠性的基础上,通过参数分析研究了长细比、含钢率、长期荷载等级、混凝土强度以及钢材屈服强度对构件徐变稳定承载力的影响;并将理论推导所得构件徐变稳定承载力计算公式与有限元分析结果进行了对比。结果表明:时效作用对钢管混凝土柱稳定性能的影响不容忽视,可使构件稳定承载力降低15.5%;影响构件徐变稳定承载力的主要参数包括长细比、长期荷载等级、含钢率,其中混凝土强度及钢材屈服强度的影响较小;所提公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,最大差值不超过10%,公式计算结果与有限元分析结果比值的均值为1.01,标准差为0.035,变异系数为3.4%。     

钢纤维方钢管混凝土梁柱研究

通过阐述钢管（套箍）混凝土梁、柱构件计算公式,计算出方钢管混凝土掺入不同长径比和体积率钢纤维后的梁、柱极限承载力。从结果可知,梁的抗弯极限承载力随钢纤维体积率和长径比的增加而提高,而柱的受压承载力几乎没提高,因此,柱中不适合掺加钢纤维。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。