圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管混凝土柱的受力性能,以长细比、含钢率为变化参数,经过对5组10个圆钢管混凝土短柱及中长柱的试验研究,试验结果表明:钢管混凝土短柱构件的破坏模式为材料强度破坏,所有试件荷载-轴向位移曲线的变化趋势基本类似,钢管混凝土轴压试件的极限承载力随长细比的增大而降低;在长细比20以后,钢管混凝土破坏形态由材料破坏转为弹塑性失稳破坏,长细比56的中长柱试件发生明显的失稳破坏;钢管混凝土柱的极限承载力随含钢率增大而增大,但在不同长细比下影响幅度不同。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

冷弯薄壁方钢管长柱轴压性能试验研究

进行了3组共9个试件冷弯薄壁方钢管受压长柱的试验研究与有限元计算分析,截面尺寸均为120 mm×120 mm×2 mm,考察长细比变化时,试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及承载力等改变情况,并利用ANSYS软件进行了数值模拟计算,结果表明:1)对于轴心受压柱,在长细比λ≤36.4时,柱发生的是强度破坏,承载力较高;当长细比增大到λ≤65.5时,柱承载力降低近20%,破坏模式为整体破坏。2)有限元计算结果与试验结果较为接近,差值在12%以内,具有较高准确度。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压试验研究

针对单肢C形和U形截面及由其拼合而成的双肢和四肢截面冷弯薄壁型钢柱轴压承载力,进行了66根(共6种截面,5种长度)两端铰接的多肢拼合截面冷弯薄壁型钢柱轴压试验,研究了长细比、肢数及拼合形式对冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压受力性能的影响。试验结果表明:长细比小于70的开口截面易发生畸变屈曲,闭口截面则发生局部屈曲;长细比大于70的试件则以整体屈曲破坏为主;随着试件的长度增加,其轴压承载力逐渐降低。相对于单肢截面,相同高度的拼合截面长细比减小,试件破坏形式随着长细比减小而从整体屈曲控制变为畸变屈曲和局部屈曲控制,轴压承载力提高。试验结果为多肢拼合截面柱设计计算提供了试验数据支持。     

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。     

冷弯薄壁型钢—重组竹组合柱偏心受压有限元分析

采用实用有限元分析软件ANSYS,对冷弯薄壁方钢管—重组竹组合柱进行偏心受压性能的有限元分析。通过选取材料本构关系,完成建立模型,设定边界条件,求解得到组合柱极限承载力。用此建模方法通过改变试件的长度、冷弯薄壁型钢的厚度、重组竹板厚度,可以计算实验室无法满足条件下柱的承载力,并对影响承载力的因素进行分析。结果表明:偏心距和长细比对于冷弯薄壁型钢—重组竹偏心受压构件具有重大影响,两种因素相比较而言,长细比的影响略小一些。     

L形无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱长柱轴心受压极限承载力试验研究

对4根具有不同长细比的无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱长柱进行轴压试验研究。结果表明:与单根方钢管混凝土柱相似,无孔钢板连接式钢管混凝土组合异形柱的极限承载力随着长细比的增大而减小,其破坏形态也随着长细比的变化而不同。由试验得到的异形柱的侧向挠度值及应变分布规律可知,试件绕着与X-X轴呈45°的X'-X'轴发生整体失稳破坏;通过对连接钢板的应变分析得到,连接钢板参与了整个异形柱的受力。     

双肢“弓”形高强冷弯薄壁型钢拼合柱受压性能研究

采用有限元软件Abaqus对双肢"弓"形高强冷弯薄壁型钢拼合柱的受压性能进行了研究,分析了试件破坏模式以及长细比、自攻螺钉间距、腹板等效高厚比、偏心方向和偏心距对试件最大承载力的影响。结果表明:轴向受压试件和绕弱轴偏心受压试件,发生绕弱轴整体弯曲屈曲破坏;绕强轴偏心受压试件为局部屈曲或弯扭屈曲破坏;试件最大承载力和刚度随长细比、偏心距和腹板有效高厚比的增加而减小;当螺钉间距在100～300mm之间变化时,试件的最大承载力变化幅度在5.88%以内。依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002),计算得到最大承载力P_G并与有限元值P_A进行对比,结果表明:规范计算结果均较保守。对于轴压试件,P_G与P_A的差距随长细比的增大而减少。对于偏压试件,在相同长细比和偏心距的情况下,绕强轴偏压试件的P_G与P_A的差距比绕弱轴偏压试件更大。     

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、圆钢管再生混凝土长柱轴压性能试验对比分析

设计7个圆钢管再生混凝土长柱和7个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴向加载试验,考虑钢管壁厚、长细比和添加块体3个因素,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到轴向承载力、轴向荷载-轴向位移曲线、轴向荷载-跨中侧向挠度等数据,分析3个因素对方、圆试件破坏过程和特征、承载力和初始轴向刚度等影响的异同。试验对比分析表明:方、圆钢管再生混凝土长柱轴压受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,方形试件破坏形态有柱端压曲破坏和整体弯曲失稳破坏,而圆形试件破坏形态均为整体弯曲失稳破坏;随着钢管壁厚增大,方、圆形试件的承载力均有所提高,但方形试件承载力提升的速度更快,对初始轴向刚度影响甚微。随着长细比增大,方、圆形试件承载力和初始轴向刚度下降趋势一致。添加块体,造成方、圆形试件的承载力微小降低,对试件初始轴向刚度基本上没有影响。圆形试件的侧向挠度变形曲线满足正弦半波的假定;而方形试件的侧向挠度变形曲线不能满足正弦半波的假定。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承 载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进 行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位 置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明：双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺 钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯 曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心 距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。     

冷成型不锈钢管轴心受压柱试验研究

为研究冷成型不锈钢管轴心受压柱的稳定性能,进行了国产304牌号冷成型不锈钢方管、矩形管和圆管截面,共43根轴心受压柱试验。通过对不锈钢材料、轴压短柱试件和轴压长柱试件的试验研究,得到了试件的材料力学性能和极限荷载。分析了试件的长细比、宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能的影响。结果表明：试件的宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能有较大的影响。采用GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、欧洲不锈钢结构设计规范、美国冷成型不锈钢结构设计规范中的计算方法以及Rasmussen提出的设计方法对试验试件进行了计算,并与试验数据对比结果表明,对于圆管试件,采用三本规范计算得到的承载力均高于试验值,偏于不安全,采用Rasmussen 提出方法的计算结果与试验值较为接近;对于方矩管试件,各种方法计算结果相近,除短柱试件试验结果高于计算结果外,其余试件试验值均与计算结果吻合较好;GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的计算方法不能直接用于计算不锈钢管轴心受压柱承载力。     

CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱轴压性能研究

为延缓胶黏剂的失效,防止薄壁钢管过早发生屈曲,同时应对竹材防火、防虫、防腐性能差的缺点,提出一种CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱。制作9个短柱和4个长柱并对其进行轴心受压试验,继而基于验证后的有限元模型,分析竹条厚度、CFRP层数、钢管截面以及长细比对轴压性能的影响规律,在此基础上提出组合柱轴压承载力理论计算公式。研究结果表明：组合柱的破坏模式为柱中材料破坏、端部压溃破坏及整体失稳;组合柱的承载力随着竹条厚度和钢管直径的增加而增大,随着长细比的增大而减小;CFRP在中小长细比(λ_c≤50)组合柱中的环箍作用显著,但在大长细比(λ_c>50)组合柱中作用有限;组合柱发生整体失稳破坏的长细比界限值为19;各参数对组合柱承载力提升效率的影响不同。试验、有限元模拟及理论分析的结果吻合较好,承载力公式的计算结果与试验或有限元分析结果的平均误差均低于5.0%,最大误差均低于10%,说明轴心受压承载力计算公式具有较高的精度,适用于预测CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱的承载力。     

薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

对 8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究 ,柱的长宽比为 1 4～ 40 ,管壁板件的宽厚比为 67～ 1 2 5。试验结果表明 ,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏 ,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏 ,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上 ,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数 ,在上述长宽比的范围内 ,公式计算值与试验结果吻合良好     

自攻螺丝连接矩形薄壁钢管再生骨料混凝土柱轴压承载力分析

对以废弃混凝土、废弃砖、普通骨料3种混凝土为填充料的6根薄壁矩形钢管混凝土柱进行轴压试验,探究构件的破坏特征以及长细比对轴压承载力的影响。研究结果表明:长细比λ=15,柱试件钢管局部鼓曲集中于柱顶部;长细比λ=8,柱试件集中于柱中部、底部。采用普通骨料及废弃混凝土骨料的柱试件轴压承载力计算适于《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004),而采用废弃砖骨料的柱试件轴压承载力计算适于采用考虑钢管约束效应的设计规范、规程。     

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.     

薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力试验研究

通过对10个薄壁方钢管混凝土柱的轴压试验，研究了长细比、壁厚、混凝土强度三种因素对试件破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力及泊松比等力学指标的影响。结果显示，薄壁钢管混凝土柱试件的加载过程与普通钢管混凝土柱试件类似，总体上可分为弹性、弹塑性和下降三个阶段。本试验试件破坏均表现为核心混凝土被压碎，钢管外部出现环向屈曲带。利用有限元软件建立了薄壁钢管混凝土柱模型并验证了其有效性与可靠性，分析结果表明：当构件截面含钢率一定时，混凝土强度对钢混结构的组合效率影响十分明显，对于含钢率为0.02～0.06的薄壁构件，采用强度等级为C20～C50的混凝土能明显提高钢混结构的组合效率；对于稳定承载力，发现不同变化参数下的稳定系数均可以采用以正则长细比为自变量的单一方程来表示。参考GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出了薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力的简化计算式，计算值与实测值吻合良好。     

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。