CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-STCSRC）轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

CFRP-方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论对CFRP-方钢管混凝土轴压短柱进行受力分析,并引入等效应力系数、混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将CFRP-方钢管混凝土转化为CFRP-圆钢管混凝土,进而建立了CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。将所得理论公式的计算结果与文献资料数据进行对比,验证了该公式的正确性,并进行了影响因素分析。结果表明:随材料拉压比、统一强度理论参数和CFRP厚度的增加,CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力不断增大,但CFRP的约束效率却随其厚度的增加在减小;所得结论可为CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的设计、施工及推广提供一定的理论依据。     

CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的承载力研究

在统一强度理论和基本假定的基础上,考虑CFRP-钢复合管对核心区混凝土的侧向约束和外围钢筋混凝土套筒对极限承载力的贡献,推导CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力公式。通过与文献中试验结果进行比较,验证理论公式的正确性,并进一步分析总套箍指标、钢管的套箍指标和CFRP筒的套箍指标对承载力的影响,为CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的理论依据。     

CFRP-圆钢管自密实混凝土复合加固RC方形短柱轴压性能试验研究

提出CFRP-圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过1根钢筋混凝土方形截面短柱和9根复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的轴压试验,研究了CFRP-钢管自密实混凝土复合加固混凝土方形截面短柱的轴压性能,分析了CFRP层数、钢管壁厚对复合加固短柱的承载力、刚度和延性的影响。试验结果表明:随着CFRP层数的增大,复合加固柱的承载力和弹塑性阶段刚度显著提高;随着钢管壁厚的增大,复合加固柱刚度和延性显著提高;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率将随钢管壁厚的增大而减小;当承载力提高幅度相同时,使用CFRP复合加固可以降低钢管壁厚,有效减少用钢量。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土方形截面短柱的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP圆钢管约束再生混凝土轴压短柱试验研究

为了进一步在实际工程中推广应用再生混凝土,进行了七根CFRP圆钢管约束再生混凝土短柱的轴压性能试验。分析了再生混凝土取代率、包裹方式对CFRP圆钢管约束再生混凝土短柱的影响。试验结果表明:随着再生混凝土取代率的增加,CFRP圆钢管约束再生混凝土短柱的承载力不断降低;全包裹的CFRP圆钢管约束再生混凝土短柱构件承载力明显高于三条带包裹。     

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。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。     

钢骨形式对钢管混凝土短柱轴压承载力的影响

为了对比钢管混凝土短柱内配置不同钢骨对轴压承载力的影响,采用有限元模拟软件,建立了4个配骨指标相同而内配不同钢骨的钢管混凝土构件以及2个对比构件,进行非线性分析。结果表明,钢管厚度相同时,内配钢骨均可以有效提高短柱轴压承载力;截面含钢率相同时,未配置钢骨的圆钢管混凝土短柱轴压承载力最高;配骨指标相同时,内配圆钢管的钢管混凝土轴压承载力最高,且残余承载力最高,内配工字钢的钢管混凝土短柱与内配十字型钢的轴压承载力接近;内配方钢管的承载力最差且残余承载力也最差。因此,工程中选用内配圆钢管的钢管混凝土柱会取得较好的安全性与经济性。     

内置碳纤维复材圆管直径尺度对方钢管混凝土短柱力学性能的影响

为分析内置不同管径的碳纤维复材(CFRP)圆管对方钢管混凝土(CFSST)短柱轴压力学性能的影响,探索偏压短柱的失效原因,基于短柱轴压与双向偏压试验数据,剖解了双向偏压短柱,并使用ABAQUS软件对短柱进行了有限元计算。在验证有限元模型正确的基础上,计算和分析不同直径的CFRP管对轴压短柱极限承载力的影响,提出了内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力提高度计算式。结果表明:增加CFRP管径尺度可以提高内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力;CFRP管破裂是偏心距较小的内置CFRP管的方钢管混凝土偏压短柱最终失效的直接原因;内置CFRP管的方钢管混凝土短柱极限承载力提高度计算式综合反映了CFRP管径尺度、CFRP约束效应系数、钢管约束效应系数等的影响;增加双向偏压短柱的偏心距,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土双向偏压短柱的极限承载力降低;偏心距较大的短柱临近失效时,内核混凝土受压区减小,CFRP管可能不会发生纤维方向的断裂损坏。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

钢管高性能混凝土轴压短柱的静力性能(Ⅱ):机理分析及承载力

研究钢管高性能混凝土轴压短柱中钢管和混凝土的应力、应变等的分布规律,发现圆试件中截面混凝土纵向应力在圆周方向均匀分布,而方试件中截面混凝土的纵向应力在弯角处最大。试件在受荷过程中,中截面钢管首先屈服,然后逐渐向试件两端发展。典型算例的分析结果表明,圆钢管对混凝土的约束作用好于方钢管的,圆钢管对混凝土沿圆周方向均匀约束,而方试件在截面弯角处的约束力最大。所有试件在中截面约束力最大。黏结强度对于试件的轴压承载力基本没有影响。普通钢管混凝土轴压短柱的承载力计算式同样适用于钢管高性能混凝土轴压短柱的承载力计算。钢管高性能混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱在静力性能方面并无本质区别。     

高强方钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

为研究高强方钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压承载性能,进行了40根高强方钢管UHPC短柱轴压荷载试验。结果表明：套箍系数是影响方钢管UHPC短柱轴压破坏过程和形态的主要因素,极限荷载随套箍系数增大而增大,核心UHPC强度提高幅度均值为15%。比较分析了多部现行规范、规程的承载力计算方法的差异,相关规范与规程中不考虑钢管约束效应时,其承载力计算值的均值低于试验极限荷载值,考虑约束效应的参数适用性受限。并基于叠加原理采用线性回归分析和考虑等效约束作用分别建立了高强方钢管UHPC短柱轴压承载力的实用计算式和理论分析式。     

Mechanical performances of concrete-filled steel tubular stub columns with round ends under axial loading

An experimental study of 22 concrete-filled round-ended steel tubular (CFRT) stub columns under axial compression is conducted compared with 4 circular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The influences of width–thickness ratio, concrete strength, steel yield strength and wall-thickness of steel tube on the ultimate bearing capacity of the CFRT columns are discussed. The 3D finite element (FE) model is also developed to analyze the behavior of the CFRT columns under axial compression. From the results, local buckling of the round-ended steel tube associated with shear failure of in-filled concrete could be observed. With the increasing width–thickness ratio, the corresponding load–strain curves have a shorter elastic–plastic stage. The parametric studies indicate that the concrete strength, tube thickness and width–thickness ratio of the steel tube also have a great effect on the ultimate bearing capacity. The numerical results also show that the confinement effect of the stub columns decreases with the increasing width–thickness ratio. A practical calculation formula for the bearing capacity of the CFRT stub columns is proposed, which is well in agreement with the experimental results.     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。