Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能

本文以研究Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能为目的,通过开展6组短柱轴压试验并结合有限元软件ANSYS进行数值模拟分析,探讨核心混凝土强度对钢管自密实混凝土短柱轴压承载力、破坏模式、套箍效应等力学性能的影响规律。研究表明由于采用高强钢管,试件均呈现明显的腰鼓型失效模式;相比普通钢管混凝土柱,钢管自密实混凝土柱具有更好的承载能力,且其承载力与自密实混凝土强度成正比。基于现有规程并结合试验及有限元分析结果,修正了钢管混凝土组合强度公式,为钢管自密实混凝土构件设计提供参考。     

钢管约束的钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为增强核心混凝土约束作用并改善其力学性能,在钢管混凝土外部增设圆钢管形成钢管约束的钢管混凝土组合柱,以构件类型、内层和外层钢管含钢率及核心混凝土强度等级为参数,设计并完成了14个钢管约束的钢管混凝土短柱和14个钢管混凝土短柱的轴压试验;观察试验现象和不同试件的破坏模式,研究各关键参数对试件轴压力学性能的影响,分析内层和外层钢管应力和应变发展规律,对比分析钢管混凝土和钢管约束的钢管混凝土的承载力和变形性能。研究结果表明:当钢管约束的钢管混凝土套箍系数不小于0.87,可使钢管混凝土柱的剪切脆性破坏转为截面压溃破坏,外观表现为腰鼓形破坏;达到承载力时,外层钢管横向应力可以达到钢材屈服强度,对核心混凝土的约束作用较强;钢管约束的钢管混凝土短柱轴压承载力较含钢率相近的常规钢管混凝土承载力可以提高20%左右,较内部钢管混凝土承载力可提高约70%。基于叠加法和GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》,提出两种钢管约束的钢管混凝土轴压承载力计算方法,预测结果与试验结果吻合良好。     

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。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。     

自密实钢管混凝土力学性能试验

近年来随着大跨度桥梁和高层建筑的发展,钢管混凝土结构的工程应用越来越广泛,但在许多实际工程中此种结构还存在一定缺点,如核心混凝土浇筑后振捣困难、硬化后混凝土的收缩和徐变使钢管约束力降低等。本文对自密实钢管混凝土进行力学性能的试验研究,在自密实钢管混凝土混凝土中,自密实混凝土不但可以补偿混凝土硬化过程中产生的收缩,而且还可以使结构产生一定的自应力,从而提高其整体力学性能。本课题通过对3根自密实钢管混凝土的轴压试验,对自密实钢管混凝土短柱轴压试验全过程进行分析。并利用PVC管密封试件得到了自密实钢管混凝土短柱核心混凝土真实的混凝土强度。     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究

通过17个圆端形钢管混凝土轴压短柱的试验,研究圆端形钢管混凝土轴压短柱在不同的截面高宽比、含钢率和构造措施的破坏特征和轴压力学性能。试验结果表明:圆端形钢管对核心混凝土具有良好的约束作用;纵向隔板或对拉杆可有效延缓钢管壁的局部屈曲;同时采用纵向隔板或对拉杆还可有效提高试件的承载力和延性。从提高该构件承载力而言,对拉杆件效果更显著;从延性角度,设置纵向隔板效果更好。采用有限元分析软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析,有限元分析结果和试验结果吻合良好。在已有矩形钢管混凝土轴压短柱承载力简化计算公式的基础上,建议了带纵向隔板的圆端形钢管混凝土轴压短柱的承载力简化计算式。当钢管壁平直段的宽厚比大于60时,建议设置纵向隔板或对拉杆。     

轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的力学性能研究

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。     

碳纤维增强复材部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能

为了揭示碳纤维布(CFRP)部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能,对7根CFRP包裹圆钢管混凝土短柱和1根圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验。通过ABAQUS软件建立了轴压作用下CFRP包裹圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,考虑了界面之间复杂接触关系和材料特性,开展了轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱力学性能的参数分析,研究了主要参数对CFRP包裹钢管混凝土短柱轴压承载力和初始轴向刚度的影响,揭示了其典型破坏模式。研究结果表明:轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的破坏模式主要包括CFRP断裂、钢管局部屈曲和核心混凝土局部压溃; CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压承载力随着材料强度、包裹层数和柱截面面积的增加而增大;其初始轴向刚度随着混凝土强度和柱截面面积的增大而逐渐增大。     

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。     

薄壁圆钢管混凝土轴压试验研究

对于薄壁圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验研究,试验构件为空钢管以及相同尺寸的钢管混凝土,记录分析了构件的试验现象、破坏形式、荷载-位移曲线。对所用自密实混凝土和耐候钢做材性试验。结果显示:未经振捣的自密实混凝土能很好的填充钢管并具有足够的强度,薄壁钢管混凝土破坏时钢管有明显的局部屈曲。并将试验结果与计算的承载力进行了比较。     

轴压下方钢管自密实高强混凝土组合柱的试验研究

提出了一种新型的钢-混凝土组合柱形式,称为方型钢管自密实高强混凝土组合柱。在该组合柱中,将型钢构件放入方型钢管中,然后将自密实混凝土灌入方钢管中。通过对18根该组合柱的轴压试验,研究了混凝土强度、宽厚比、长宽比及型钢截面率对组合柱承载力和变形性能的分析。试验结果表明,组合柱中的型钢能有效地控制核心混凝土斜裂缝的产生,从而改变短柱的破坏模式和屈服后的性能。并提出了该组合柱轴向受荷的承载力计算公式。此计算结果与试验结果吻合较好。     

圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压性能研究

通过对18根圆钢管混凝土短柱进行轴心受压试验,研究初始自应力、钢管壁厚和混凝土强度对其破坏形态、荷载-位移曲线、承载力和变形能力等的影响。试验结果表明：初始自应力对圆钢管自应力自密实混凝土短柱的破坏形态影响不明显,在轴心荷载作用下,所有短柱均为剪切破坏;初始自应力可显著提高圆钢管自应力自密实混凝土短柱的轴压刚度和承载力,其中承载力提高幅度可达27.5%;初始自应力会导致圆钢管自应力自密实混凝土短柱的变形能力明显降低,极限位移和破坏位移大幅减小;钢管壁厚和混凝土强度对圆钢管自应力自密实混凝土短柱承载力的影响幅度受初始自应力的影响。最后,考虑初始自应力的影响,建立圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性; 冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏; 圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。     

薄壁方钢管混凝土短柱的轴压试验

通过8根薄壁方钢管混凝土短柱轴压试验,研究了宽厚比、混凝土强度等级和含钢率等参数对薄壁方钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明,由于有内填混凝土的支撑作用,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较,达极限承载力时的破坏模式也有较大的变化。     

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较 ,达极限承载力时的破坏模式也有较大的变化     

圆钢管高强混凝土叠合短柱轴压力学性能研究

为研究圆钢管高强混凝土叠合短柱轴压力学性能,对该类构件进行了试验与有限元研究.通过试验获得了其破坏全过程及荷载应变曲线;基于有限元模型,重点分析了轴压全过程下钢管混凝土部件和钢筋混凝土部件的承载力分配,以及钢管与混凝土之间的接触作用.结果表明:试件破坏形态表现为混凝土保护层压溃剥落与钢筋屈服;钢管混凝土部件在轴压过程中...     

钢管混凝土短柱冻融循环作用后轴压性能试验研究

为研究冻融循环作用后钢管混凝土柱的力学性能,根据冻融循环次数、混凝土强度等级以及加载方式的不同等参数变化,进行了4组共20个钢管混凝土短柱的轴压试验。结果表明,冻融循环次数对短柱的主要破坏模式没有影响,不同加载方式和套箍系数对短柱的破坏模式影响较大,其中套箍系数是影响短柱极限承载力的主因。当核心混凝土强度较低时,随着冻融循环次数的增加,延性系数降低;而冻融循环次数对高强度核心混凝土构件的延性系数无明显影响。上述研究成果可为寒冷地区遭受冻融劣化的钢管混凝土短柱的极限承载力设计以及加固维护提供试验数据支持。     

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。     

薄壁方钢管混凝土短柱承载性能非线性有限元分析

采用ANSYS软件,对薄壁方钢管混凝土短柱的承栽性能进行非线性有限元分析.考虑轴压作用下带肋与不带肋两种截面形式的薄壁方钢管混凝土短柱力学性能,并得出其破坏模态,计算结果与试验结果吻合较好.针对该类构件,探讨加劲肋和钢管强度对其承载力的影响.结果表明,设置加劲肋能有效提高薄壁方钢管混凝土短柱的轴压承载力,与不带肋短拄相...     

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。