圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究

CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析

对CFRP-钢管混凝土轴压短柱这种新型构件的受力性能进行了理论分析,提出了此类构件承载力计算的基本假定;采用极限平衡法,推导出钢管屈服时构件承载力和碳纤维片拉断时构件极限承载力的解析计算式;对8根CFRP-钢管混凝土轴压短柱和4根钢管混凝土柱的极限承载力进行试验研究,并将解析分析结果与实验数据比较,证明了提出的解析计算式的正确性。     

方形薄壁钢管混凝土轴压短柱约束模型的建立

为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土产生的主动约束力,进而利用约束混凝土模型求得钢管中受约束混凝土极限压应力值;从理论上解析了薄壁钢管混凝土柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的机理,给进一步的薄壁钢管混凝土柱理论分析研究提供了依据.     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土短柱的轴压承载性能,以再生粗骨料取代率为主要变化参数,设计了11个方钢管再生混凝土试件进行轴压试验。试验结果表明：方钢管再生混凝土的破坏形态与普通方钢管混凝土相似,呈斜压破坏,再生粗骨料取代率变化对方钢管再生混凝土的承载性能影响不明显。采用统一强度理论、叠加计算理论对方钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行了计算和分析,结果表明两种理论的计算结果均小于试验值,偏于安全,综合经济性考虑,建议采用统一强度理论的计算公式对方钢管再生混凝土短柱进行设计。最后根据试验数据拟合了方钢管再生混凝土应力-应变关系的全过程表达式。     

钢管混凝土柱组合轴压刚度的理论分析

应用连续介质力学的方法,对钢管混凝土进行了小变形下的弹性理论分析。导出了钢管混凝土柱弹性本构方程、组合轴压弹性模量和组合轴压刚度的理论计算公式。结果表明,钢管混凝土柱组合轴压刚度与简单地把钢管刚度和混凝土刚度叠加起来的换算轴压刚度相比,能够提高6.9%～26.4%。理论计算公式算得的结果与按照统一理论所得的结果相近。理论计算公式能够精确可靠地描述钢管混凝土构件在小变形下的弹性行为。     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。     

预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究

对33个预应力钢箍加固混凝土圆形短柱(PSHC)及9个对比柱进行轴压性能试验,研究配箍率(包括钢箍间距、混凝土柱直径)、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC承载能力和变形能力的影响。结果表明:PSHC的承载能力和变形能力相比于对比柱,可分别提高107%和540%。加固效果会随着钢箍配箍率的增加而变好;预应力比逐渐增加时PSHC承载能力逐渐增加,峰值应变逐渐降低;初始轴压比的大小不会对加固效果产生明显影响,预应力钢箍加固混凝土柱技术可以作为一种不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承载力计算方法,用该文试验和其他学者试验数据进行验证,计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管混凝土轴压短柱的非线性有限元分析

借助商用有限元分析软件ABAQUS,考虑材料本构关系的非线性以及受力过程中材料Poisson比的变化等因素,建立了方钢管混凝土短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型,讨论了钢管与核心混凝土之间的接触压力、荷载对核心混凝土纵向应力分布的影响以及钢管对核心混凝土的约束效应等问题。有限元计算得到的载荷-变形全曲线与试验结果符合较好。     

圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱试验研究

该文对12个圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱进行了轴压试验,探讨了锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压力学性能的影响,建议了圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压承载力计算式。结果表明：锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压性能影响显著;建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上吻合较好,可用来预测圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱的截面抗压 强度。     

圆CFRP-钢管混凝土(C-CFRP-CFST)压弯构件的静力性能

以试验研究为基础,采用有限元法建立模型模拟了圆CFRP-钢管混凝土(C-CFRP-CFST)压弯构件的变形模态和轴力-中截面挠度曲线,计算结果与试验结果吻合良好。分析了受力全过程中混凝土、钢材和CFRP的应力、应变以及外管对混凝土作用力的发展过程。最后给出了试件承载力的计算表达式,应用该式的计算结果与试验结果吻合良好。     

轴压作用下CFRP加固圆钢管混凝土短柱的承载力分析

对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固圆钢管混凝土（C-CFST）短柱的轴向承载力进行了理论研究。基于连续介质力学,考虑钢管与混凝土处于三向应力状态,CFRP处于环向受拉的应力状态,建立了CFRP-圆钢管混凝土（C-CFRP-CFST）短柱的理论分析模型。通过理论推导,得到了轴压作用下C-CFRP-CFST短柱的屈服承载力及极限承载力的理论计算公式,并将理论解与已有试验值做比对,证明了理论公式预测的精度。最后采用提出的理论公式对C-CFRP-CFST短柱的轴向承载性能进行了参数分析。研究表明：提高钢管屈服强度及混凝土立方抗压强度或减小钢管径厚比D_s/t_s,都会提高C-CFRP-CFST短柱的极限承载力及屈服承载力;增加CFRP层数和CFRP环向抗拉强度也会提高极限承载力,但CFRP层数对屈服承载力影响较小,CFRP的抗拉强度对屈服承载力没有影响。     

负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱受力性能研究

该文以试验研究、有限元模拟以及理论分析相结合的方法研究了负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的受力性能以及承载力计算方法。通过试验与有限元模拟分析,研究了轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固后的性能,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固试件极限承载力的影响。研究表明,外包钢筋混凝土可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后试件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着型钢强度的提高而增大;混凝土强度是影响加固后试件极限承载力的最主要因素,加固后试件的极限承载力随着混凝土强度的提高而明显增大。根据分析试验数据和有限元分析结果,得到了混凝土强度对加固后试件极限承载力影响的量化结果。同时,通过分析加固时和破坏时构件各部分的应力应变状态,推导出负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好。     

钢筋混凝土轴心受压柱的抗火设计方法研究

该文以四面受火钢筋混凝土轴心受压柱为研究对象,在利用自编钢筋混凝土温度场有限元分析程序进行大量数值分析计算的基础上,通过引入材料平均强度折减系数的概念,建立了截面材料性能随受火时间变化的规律,从而提出了一种类似常温下钢筋混凝土轴心受压柱设计计算的抗火设计新方法,并编制了相应的分析程序。这种设计方法不直接依赖于具体的温度场分析,仅取决于受火时间的长短,为设计人员的抗火设计工作提供了很大便利。最后,利用大量试验数据与该文提出的方法进行了对比研究。结果表明:该文提出的钢筋混凝土轴心受压柱抗火设计方法是安全而有效的。     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能与影响因素分析

为了研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,设计10个圆钢管再生混凝土柱试件进行低周反复加载试验,观察了其破坏过程及形态,获取其荷载-位移滞回曲线。基于试验实测数据基础,深入分析了各变化参数对强度、刚度、位移延性和耗能系数等抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:在破坏形态上,钢管再生混凝土柱与普通钢管混凝土柱相似,均表现为底部钢管鼓曲、混凝土被压碎。钢管再生混凝土柱的滞回曲线饱满,其形状从梭形发展到弓形。钢管再生混凝土柱的各项抗震性能指标能满足现有抗震规范要求,在地震区推广应用钢管再生混凝土柱可行。随着长细比的减小,试件耗能系数减小,而其他抗震性能指标增加。除刚度随轴压比的减小而减小外,其他抗震性能指标对现有的设计参数变化范围并不敏感。试件壁厚优势在强度、弹性阶段刚度和破坏点耗能系数等方面表现较为显著。     

钢管混凝土短柱极限承载力可靠度分析

基于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001),利用一次二阶矩法(JC法)对圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力进行了可靠度校准。结果表明,钢管混凝土构件的可靠指标随着混凝土强度等级的提高而提高,随着钢材强度、含钢率及套箍指标的提高而降低;此外钢材种类、荷载组合以及荷载效应比等也对钢管混凝土构件可靠指标有一定程度的影响。按照建议的分项系数值,能较好的满足《建筑结构可靠度设计统一标准》可靠指标的要求。     

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱承载力的研究

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。该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过13根具有不同套箍指标、配骨指标和长细比的组合柱的轴心受压试验,研究了其受力性能。研究结果表明,由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,可有效地提高柱子的承载力,延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展,提高柱子的延性。组合柱的承载力和延性将随着长细比的增大而下降。基于试验研究结果,建立了轴压组合柱承载力数值计算模型,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力与全曲线综述研究

该文根据收集到的266个方钢管混凝土轴压短柱的试验数据,对美国规范(AISC)、欧洲规范(EC4)、日本规范(AIJ)及中国规范(DL5085、GJB、CECS)进行了承载力比较,比较结果表明AISC、CECS及AIJ偏于保守,EC4稍偏保守的接近于试验结果,而DL5085、GJB稍高于试验结果。同时该文还将现有的五个纤维模型与试验曲线选取特征点进行统计分析,发现纤维模型在弹性阶段跟试验吻合较好,但对下降段及强化段的描述,各已有模型差异较大,有不同的适用范围。