CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。     

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。     

受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究

为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。     

新型CFRP-UHPC组合管混凝土圆柱轴压性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)管替代碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢管混凝土组合柱中钢管的可行性,提出一种外部缠绕CFRP的UHPC预制管、内部现浇填充普通混凝土的新型CFRP-UHPC组合管混凝土(Concrete-filled CFRP-UHPC tube,CFFUT)柱。对10个CFFUT圆柱(包含2个对比柱)进行了单调轴压试验,研究了UHPC管壁厚度、CFRP环向包裹层数和核心混凝土强度等的影响规律。结果表明：CFRP-UHPC管可以有效提高组合柱的承载力、变形能力和延性;CFFUT圆柱破坏形态为核心混凝土压溃、UHPC管开裂和CFRP拉断,破坏后整体性较好,属延性破坏模式;CFFUT圆柱的极限承载力与UHPC管壁厚度、CFRP层数和核心混凝土强度呈正相关;延性系数随UHPC管壁厚度、CFRP层数增加而提高,随核心混凝土强度增加先提高后降低。揭示了CFFUT柱的界面增强作用机制,CFFUT柱极限承载力与同等截面普通混凝土柱相比提高93.9%～203.5%,且CFFUT柱极限承载力一定程度上与CFRP-钢管混凝土柱相当。建立了CFFUT圆柱轴压极限承载力理论计算模型,并通过有限...     

CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验,包括:T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明:在试验参数范围内,相对于T4.5-CFST试件,C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%;相对于C-CCFST试件,CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件,由于外部CFRP的约束作用,CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力,极限承载力均高于T4.5-CFST试件,表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外,进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究,并采用试验结果验证其准确性。     

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。     

RPC-CFST组合柱轴压性能试验研究

为研究活性粉末混凝土(reactive powder concrete, RPC)-钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFST)组合柱的轴压力学性能,以RPC厚度、长细比为参数,进行了5根RPC-CFST组合柱的轴压试验,分析其受力机理、破坏形态、套箍效应和承载力算法等。试验结果表明：不同参数的RPC-CFST组合柱破坏过程和破坏形态较为接近,随着RPC厚度的增加,外部RPC对CFST的紧箍效应更迟出现,组合柱的极限承载力有小幅度提升;随着长细比的增大,外部RPC对CFST的紧箍效应越早出现,组合柱的弹性刚度和极限承载力逐渐降低。借助ABAQUS有限元软件,建立了经试验验证的RPC-CFST组合柱有限元模型,并对径厚比、RPC强度、含钢率、混凝土强度、套箍系数等参数进行分析。在试验研究和有限元参数分析的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范和规程,提出了RPC-CFST组合柱轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好。     

CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析

以试验为基础,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了分析。首先按不同阶段分析了该类构件的作用机理,然后给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径。以此为依据,确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段;与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比,CFRP钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线的最大特点是在达到极限承载力之后,都要经历一个下降段。探讨了该类构件承载力的简化计算方法,并建议采用极限平衡法求解。     

轴心受压薄壁圆钢管混凝土柱临界径厚比的确定

通过对薄壁圆钢管与内部混凝土的相互作用分析,可以得出薄壁圆钢管与混凝土的应力-应变关系及二者间的作用力。在此基础上,把薄壁钢管纵向单元作为支承在弹性地基上的压杆,推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比。由于内部混凝土的存在,大大提高了薄壁钢管的临界屈曲应力和径厚比。对Q235钢材、C30混凝土短柱构件的计算结果表明,钢管的最小临界径厚比为1700左右。     

CFRP圆钢管混凝土中长柱轴压承载力研究

该文在钢管混凝土柱研究的基础上,进一步探究碳纤维布(CFRP)对圆钢管混凝土中长柱轴压承载力极限的影响.制作10根不同CFRP圆钢管混凝土中长柱进行轴压试验,探讨CFRP圆钢管混凝土中长柱的受力过程、破坏形态和轴压极限承载力,分析CFRP层数、混凝土强度、钢管壁厚与长细比对其极限承载力的影响,为CFRP圆钢管混凝土中长...     

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约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。      

海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明, CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下, CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下, CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。     

Compressive stiffness and strength of concrete filled double skin (CHS inner &; CHS outer) tubes

This paper investigated the stiffness and capacity of concrete filled double skin tubes (CFDST) column under axial compression. The column has circular hollow section (CHS) as both outer skin and inner skin. Stiffness of CFDST columns under small displacement was analyzed by the energy method. The modified elastic modulus of the between concrete and steel tubes were deduced respectively to calculate the composite stiffness of the CFDST stub column. According to the unified theory of concrete filled steel tube (CFST), the bearing capacity of the stub column was predicted by presenting the equivalent confinement coefficient of CFDST. The composite modulus and ultimate strength of the stub columns were calculated in comparison with corresponding test value, and it was found that there was good agreement between theoretical and experimental results.     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能研究

该文利用有限元软件ABAQUS建立了圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,并进行了12个圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压试验。有限元计算与试验所得的荷载-位移全过程曲线及破坏形态吻合较好。在此基础上对内钢管与混凝土之间的相互作用进行了分析,并对锥度、材料强度、空心率、配筋率等参数对轴压时叠合短柱初始刚度、极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行了比较。     

轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究

在轴压荷载下分别对素混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土和钢管钢筋混凝土的损伤状态进行超声检测,得到不同荷载下超声通过柱的中截面的波形图,定义波形图均方根振幅和均方根振幅比,并分析混凝土裂隙的变化过程。通过对波形图进行快速傅里叶变换得到频谱图,基于固体介质裂化吸收高频声波能量,使超声主频向低频移动的原理,应用频谱图的第一主频及其幅值变化分析钢管内混凝土和钢筋混凝土的损伤演变过程。结果表明:声波波形均方根振幅、均方根振幅比和第一主频及其幅值可以有效反映钢管内混凝土和钢筋混凝土的裂隙变化情况。轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤呈五段式变化,分别为核心混凝土裂缝产生并发展、混凝土在钢管约束作用下逐步密实、混凝土裂缝迅速扩展、钢管套箍作用加强段和钢管屈曲后构件丧失承载力。通过钢管外壁的应变分析,表明钢管对核心混凝土的约束作用阶段与超声检测判定的混凝土损伤演化过程一致。超声波技术可以准确检测轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤状态并确定钢管对混凝土套箍作用的发挥阶段。