钢管混凝土柱承载能力的全过程分析

经过对26根钢管混凝土柱的试验研究和计算分析,研究了该种构件承载力的组成及其增长的原因和对应的阶段,同时也分析各阶段对构件承载能力的 贡献;给出了钢管混凝土柱各工作阶段的承载力计算公式,可用于指导工程设计.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土轴压承载力分析

为了获得带单向约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力实用计算公式,进行了试验和分析.根据带拉杆构件的核心混凝土约束应力分布特点,结合现有的试验结果,提出将矩形截面以约束拉杆为界线划分为几个子区域,并将拉杆视为等效钢板的方法,采用已有的钢管混凝土统一理论计算公式计算每个子区域的轴压承载力,得出带单向约束拉杆的矩形钢管混凝土构件轴压承载力计算公式,修正后的公式中考虑了约束拉杆的影响,拓宽了统一理论计算公式的适用性.采用该公式计算的带约束拉杆的矩形钢管混凝土构件轴压承载力与已有的试验结果吻合良好.     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的极限分析

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管高强混凝土短柱在轴心受压作用下的极限承载力,通过CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱破坏过程工作机制的探讨,分析了CFRP约束钢管高强混凝土与CFRP约束钢管混凝土构件的主要区别与联系,为CFRP约束钢管高强混凝土短柱承载力的极限分析奠定了基础。基于极限平衡法,对高强混凝土、钢管和CFRP进行了应力分析,推导得到了CFRP约束钢管高强混凝土短柱的理论计算公式,将理论计算结果与试验实测值相比较,验证了理论公式的正确性。最后将理论计算结果随CFRP层数和钢管壁厚的变化规律进行了分析,研究表明：与CFRP约束钢管混凝土相比,CFRP约束钢管高强混凝土中CFRP约束效果较差,而对于CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的提高,厚壁钢管有较大优势。     

方钢管约束高强混凝土短柱轴压力学性能

为研究方钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行了12个试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管宽厚比(D/t=47和70)和混凝土强度(C77和C88).试验结果表明,当D/t=70时,方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方钢管混凝土构件;而当D/t=47时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力则低于普通方钢管混凝土构件;但两种构件的延性无显著差异.对构件的应力分析结果表明,方钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管在峰值荷载点后屈服;而钢管混凝土构件中,钢管在峰值荷载点前屈服.方钢管约束混凝土构件中钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件.     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明：所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件抗震性能与设计方法

为研究钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的抗震性能和设计方法,进行圆钢管和方钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的滞回性能试验研究.试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到显著提高.在轴压比和钢管径厚比相同的条件下,圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件的抗弯承载力和延性明显优于方钢管约束钢筋混凝土.根据试验结果,建立钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型方法和截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合极好.     

T形截面钢管混凝土异形柱承载机理数值分析

基于混凝土的塑性损伤模型和钢材的应变硬化模型,对普通T形截面钢管混凝土异形柱(CCFTTS)和双钢管焊接T形截面混凝土异形柱(DCFTTS)在轴向荷载作用下的力学性能进行了数值分析。模拟分析结果表明这两种构件都有类似的失效模式,即钢管都向外发生了屈曲变形。研究发现DCFTTS相比于CCFTTS有着较高的力学性能,因为DCFTTS对混凝土提供更高的侧向约束力。参数分析进一步表明钢管的壁厚、混凝土强度、钢管和混凝土接触面之间的摩擦系数对构件承载力的影响。     

高温后方钢管混凝土双向压弯构件的承载力计算方法

目的评估高温作用后钢管混凝土双向压弯构件的残余承载力.方法对高温作用后方钢管混凝土双向偏压构件进行了数值计算、试验研究和理论分析.结合16个方钢管混凝土柱高温后双向偏压承载力的试验研究,对数值计算程序进行了验证,在试验数据和数值计算基础上,分析高温作用后方钢管混凝土双向压弯构件的承载力损伤系数kr的主要影响因素.结果经回归分析得到kr表达式,将kr与常温下计算公式相结合,得到高温后钢管混凝土双向压弯构件残余承载力的简化计算方法.将简化计算值与试验结果、数值计算进行比较发现三者吻合较好.结论笔者提出的简化计算方法是有效的,可为灾后钢管混凝土的损伤评估及修复加固提供技术支持.     

钢管混凝土轴压中长柱的极限状态分析

为了深入地研究钢管混凝土中长柱极限状态时的受力性能和影响因素,得到较为简捷的承载力计算公式,经过对14根钢管混凝土中长柱承载力的试验研究,发现在试验长细比范围内钢管混凝土柱的承载能力对长细比并不敏感,经分析计算给出了一种新的承载力计算公式.新公式将钢管混凝土中长柱极限状态的荷载分为两阶段计算,符合规范的指导思想,计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实际.     

不同参数对方钢管混凝土柱滞回耗能的影响

方钢管混凝土柱（CFST,Concrete Filled Square Steel Tubular）抗震性能优越,影响其抗震性能的参数有：长细比、轴压比、幅厚比,且这种影响是相互耦合的.通过正交比较分析的方法,利用有限元软件ABAQUS对19根CFST进行数值模拟分析,研究了不同参数对CFST滞回耗能的影响.总体上CFST在低周反复水平荷载作用下滞回曲线饱满,在柱屈服以后承载力并没有明显的下降.CFST具有良好的耗能能力,抗震性能优越.幅厚比对CFST滞回耗能影响最大,轴压比次之,长细比在一定范围内有一定的影响.     

V型缀管钢管混凝土格构柱极限承载力试验

目的对钢管混凝土之间采用V型钢管连接的格构柱进行试验研究,探讨V型缀管钢管混凝土格构柱承载能力及其实用算法．方法采用柱轴压和偏压试验研究,对不同长细比和偏心率的格构柱进行承载力试验,建立经过验证的有限元模型,确定格构柱承载力的双参数计算方法．结果斜缀管为压弯受力或拉弯受力且受力较大;柱肢之间受力有一定差别;随着长细比的增加,试件由分肢屈曲向整体失稳转变．长细比较小的试件其承载力应进行单肢承载力验算．结论V型缀管格构柱存在相关屈曲的问题,得到了V型缀管钢管混凝土格构柱考虑偏心率折减系数和稳定系数的极限承载力计算方法．     

钢管混凝土柱偏压承载力新公式

为了研究钢管混凝土柱偏压承载力计算公式,在对比钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱的基础上,分析了二者的组成特点,并通过类比理论研究相对比较成熟的钢筋混凝土柱的偏压计算公式.采用平截面假定,通过静力平衡条件、几何变形条件和物理条件,根据钢管混凝土柱偏压受力特点,从理论上推导了钢管混凝土柱的大、小偏压承载力计算公式,为钢管混凝土柱偏压承载力计算提供了一种新算法,对钢管混凝土的理论发展及推广应用提供了依据.     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。     

CFST柱和RC柱偏压性能比较

为了研究钢管混凝土柱在偏压荷载下的力学性能,对已有的偏压荷载钢管混凝土柱进行了有限元模拟,并与试验结果进行了比较.在此基础上,分别模拟了同等条件下钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的受力性能,对比分析了它们的破坏形态、承载力、挠度变形等力学性能.研究结果表明:相同条件下,钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱更具有延性,钢管混凝土柱轴力比钢筋混凝土柱高约25%,弯矩高约40%;最大荷载时,钢管混凝土柱跨中截面的挠度为钢筋混凝土柱的1.67倍,极限荷载时为2.30倍;钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱承载力随着偏心率的增大而减小,与构件性质无关.长细比对构件破坏性质有明显影响.     

FRP-钢夹层复合管混凝土桥墩轴压承载力试验

为改善现有钢管混凝土不耐腐蚀以及FRP约束钢管混凝土施工复杂的缺点,提出一种新型组合构件:FRP-钢夹层复合管混凝土.为探究其受力性能,进行了FRP-钢夹层复合管混凝土柱式桥墩轴压试验研究,并与FRP约束钢管混凝土以及钢管混凝土进行对比,分析3种结构形式的受力性能和破坏模式.试验结果表明:钢管混凝土短柱因含钢率较低而发生剪切破坏,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱与FRP约束钢管混凝土短柱由于外部FRP的附加约束作用均产生腰鼓型破坏; FRP约束钢管混凝土短柱树脂基体被挤压破碎,而FRP-钢夹层复合管混凝土短柱由于夹层的存在未发生树脂基体的挤压破碎;与FRP约束钢管混凝土短柱相比,由于夹层灌浆料的作用,FRP-钢夹层复合管混凝土短柱承载力提高35.3%,极限变形提高22.5%.此外,在现有钢管混凝土和FRP约束混凝土承载力计算公式基础上得到了FRP-钢夹层复合管混凝土短柱的承载力计算公式,计算结果与试验值吻合良好.     

Axial bearing capacity of short FRP confined concrete-filled steel tubular columns

The bearing capacity of FRP confined concrete-filled steel tubular (FRP-CFST) columns under axial compression was investigated. This new type of composite column is a concrete-filled steel tube (CFST) confined with fiber-reinforced polymer (FRP) wraps. Totally 11 short column specimens were tested to failure under axial compression. The influences of the type and quantity of FRP, the thickness of steel tube and the concrete strength were studied. It was found that the bearing capacity of short FRP-CFST column was much higher than that of comparable CFST column. Furthermore, the formulas for calculating the bearing capacity of the FRP-CFST columns are proposed. The analytical calculated results agree well with the experimental results.     

钢管混凝土框架-整体装配式填充墙抗震性能

为消除填充墙对框架的不利影响,充分发挥钢管混凝土框架变形能力强、延性好的优势,采用在钢管混凝土框架柱与填充墙间预留缝隙,填充墙与型钢梁间柔性连接的构造措施。为验证该种连接的可靠性,研究钢管混凝土柱框架-整体装配式填充墙的抗震性能及相互作用机理,进行了1个足尺单榀两跨两层框架填充墙模型的低周反复荷载试验。基于试验,分析了填充墙的损伤演化过程、钢管混凝土柱框架和连接件的变形及结构整体的抗震性能。研究表明:钢管混凝土柱框架-整体装配式填充墙滞回曲线饱满,耗能能力强;加载点极限移位角达1/41时,整体结构仍具有稳定的承载力,延性较好;装配式填充墙板-框架间的柔性连接,削弱了框架传递给填充墙板的荷载,延缓和减轻了整体装配式填充墙板损伤;填充墙板与装配式钢框架整体连接可靠,发挥了框架变形能力强、延性好的优势;整体结构后期承载能力稳定,具有良好的抗震性能和安全储备。     

圆钢管混凝土 K 型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明：塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力

提出了波形钢板钢管混凝土柱的有限元分析方法,采用正交异性板来模拟波形钢板。应用ANSYS通用程序对算例进行了分析,并应用有限元方法分析了偏心率、长细比2个主要参数对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响。结果表明：可采用稳定折减系数和偏心率折减系数相乘的计算公式来考虑二者对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响,其中偏心率折减系数可采用《钢管混凝土结构设计与施工规程））（CECS28：90）的计算公式;稳定折减系数应将换算长细比乘以考虑柱肢的钢材型号和混凝土强度等级的材料修正系数,然后采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》（JCJ01—89）的稳定系数计算方法。