中空夹层圆钢管混凝土短柱的受压分析

中空夹层钢管混凝土(CFDST)短柱由两个同心薄壁圆钢管组成,两个钢管中间填充混凝土。其在轴压作用下的力学特性已经通过大量试验进行了研究。两个试验参数分别为内外径比和径厚比。观察到的失效模式由内外两个钢管的局部屈曲和填充混凝土的剪切破坏控制。主要讨论了外层钢管对混凝土的约束效应。基于钢管和填充的混凝土柱体的屈服强度,提出了预测其在压力作用下极限强度的公式。     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

十二边形中空夹层钢管混凝土短柱的局部稳定研究

对于不同径厚比中空夹层钢管混凝土短柱构件进行了轴压试验,该试件由内外十二边形钢管之间浇筑混凝土而成。通过试验获得了试件的受压局部屈曲模式和承载能力,建立了有限元模型并通过与试验结果比较得到验证。通过有限元参数分析研究了外管宽厚比对内外钢管和混凝土的影响规律。分析了现有圆形中空夹层钢管混凝土构件设计公式对于十二边形构件的适用性,提出了修改后的设计公式,结果可为工程设计提供依据。     

复式钢管混凝土轴压性能有限元分析

外方内圆中空夹层钢管混凝土具有诸多特点和广阔的应用前景,但是其破坏时主要表现为内外钢管的局部屈曲。为提高钢管抵抗局部屈曲的能力,该文提出在内外钢管之间设置纵向加劲肋,构成了一种新型复式钢管混凝土。在建立准确的ABAQUS有限元分析模型基础上,研究了此种复式钢管混凝土的轴压性能,发现与普通中空夹层钢管混凝土相比,其破坏形态得到了明显改善,承载力及延性有明显的提高。     

轴力作用下钢管短柱的性能和强度分析

对轴力作用下钢管短柱的性能和强度进行了试验和数值分析。对包括20个圆形和方形钢管混凝土短柱在内的40个构件进行了试验,以分析其在轴压作用下的破坏模式和轴向承载强度。同时也对管的径(宽)厚比和混凝土的抗压强度的影响进行了分析。对钢管混凝土柱中管的高径(宽)比的影响进行分析,以探究钢管和混凝土之间的粘结和摩擦对钢管混凝土柱性能的影响。利用钢管的弹塑性分析研究轴压下短柱的受力机制。提出了公式用以预测钢管混凝土短柱的极限轴向承载强度,并将预测结果与试验结果进行了对比。     

圆锥形中空夹层钢管约束混凝土短柱轴向局压力学性能分析

为研究圆锥形中空夹层钢管约束混凝土短柱在轴向局压下的力学性能,建立有限元计算分析模型,并得到试验验证。在此基础上分析钢管与夹层混凝土的组合作用及短柱的破坏形态,同时研究各重要参数对其荷载-位移曲线的影响。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压构件受力性能研究

将圆锥形中空夹层钢管混凝土用于风电塔筒或输电塔架时,为满足在塔筒内设置设备等需求而将该类构件空心部分加大。为研究该类构件的偏压受力性能,进行了12个大空心率下的圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究,主要试验参数为荷载偏心率和长细比。利用ABAQUS软件建立有限元分析模型,对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的典型破坏模态和荷载-变形关系曲线进行模拟,所得计算结果与试验结果基本吻合。通过典型算例分析了受力过程中钢管和混凝土各自所承担的荷载和纵向应力分布情况,同时分析了内、外钢管与混凝土之间相互作用力的变化情况。结果表明：偏心率和长细比对圆锥形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件承载力及刚度有显著影响;该类构件力学行为与等截面圆中空夹层钢管混凝土偏心受压构件类似,锥度的存在使破坏位置从等截面柱的中部上移到锥形柱的3/4柱高处(柱顶处),因此在设计大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土偏压(压弯)构件时应考虑柱头处加强。同时,对该类构件压弯承载力计算方法给出了建议。     

中空夹层钢管混凝土试验与设计

对中空夹层钢管混凝土构件进行了加载试验研究,该试件由内外十二边形钢管之间灌注混凝土而成,试件分别受轴力和弯矩作用。通过试验获得了试件的破坏模式和极限承载力,试验结果表明,内外钢管均会发生受压局部屈曲,与相关规范公式和已有公式的计算结果进行比较,中空夹层钢管混凝土构件已在实际工程中得到成功应用,取得了良好的经济效益。     

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。     

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。