钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

无端板方钢管再生混凝土短柱轴向局部受压性能试验研究

以局压面积比α为主要研究参数,对无端板方钢管再生混凝土短柱进行轴向局部加载试验。试验观察其受力过程和破坏形态,得到荷载-位移曲线,分析应变分布与发展情况,并研究局压面积比对其受力性能的影响。结果表明:无端板方钢管再生混凝土短柱与普通方钢管混凝土短柱的轴向局部受压受力过程和破坏模式基本相同;当局压面积比不大于16时,随着α的增加,试件局压弹性模量有降低的趋势,极限承载力降低明显,加载后期下降段越平缓,剩余承载力越大。最后,基于普通圆钢管混凝土短柱局压承载力计算原理给出无端板方钢管再生混凝土短柱轴向局压极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结果可为工程应用提供参考。     

不同截面形式钢管混凝土压弯柱受力性能试验研究

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明:两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

Experimental research on CFST member with different sections under combined compression and bending

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明：两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

圆钢管再生混凝土长柱轴压性能有限元分析

基于5根圆钢管再生混凝土长柱试验,选取了合理的本构关系,利用大型通用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土长柱进行了静力加载,并对比分析了模拟结果与试验结果。在此基础上对圆钢管再生混凝土长柱进行了参数分析,研究了长细比、取代率对圆钢管再生混凝土长柱受力性能的影响。结果表明,构件的承载力随着长细比的提高而降低,随着取代率的提高呈先提高后降低的趋势。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

钢管再生混凝土柱塑性铰长度试验研究

为研究钢管再生混凝土柱的塑性铰长度,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,对10个圆钢管再生混凝土柱和6个方钢管再生混凝土柱试件进行拟静力试验。根据试件的破坏形态、滞回曲线,并基于等效塑性铰理论,提出压弯状态下圆钢管再生混凝土柱和方钢管再生混凝土柱的等效塑性铰长度计算公式。研究结果表明:钢管再生混凝土柱破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,钢管底部鼓曲破坏,底部的核心再生混凝土被压碎;钢管再生混凝土柱滞回曲线比较饱满,其形状从梭形发展到弓形,当再生粗骨料的取代率分别为0%,30%,70%,100%时,试件的滞回曲线受其影响不大;圆钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.45~0.95倍,方钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.65~0.75倍。     

冻融循环后圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

对冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的受力性能进行试验研究,以钢管壁厚、冻融循环作用次数以及混凝土强度等级为设计参数。试验中分析了冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的轴压破坏现象、荷载-位移曲线以及应力-应变曲线等。试验结果表明：经冻融循环作用后的圆钢管混凝土短柱的轴压破坏形态与相应未经冻融循环作用短柱类似;减小圆钢管混凝土短柱的径厚比可提高其在冻融环境下的轴压承载力;提高混凝土强度等级能增加圆钢管混凝土短柱的初始刚度;冻融循环对圆钢管混凝土短柱的轴压承载力影响较小;预测圆钢管混凝土可适用于遭受冻融作用的地区。根据试验结果,提出了圆钢管混凝土经冻融循环后的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管约束再生混凝土的受力机理及强度计算

为揭示钢管约束再生混凝土的受力机理,设计33个钢管再生混凝土试件进行轴心受压加载试验,其中圆钢管试件22个、方钢管试件11个。试验考虑再生粗骨料取代率、截面形式和套箍指标3个变化参数。试验观察试件的受力破坏全过程,获取荷载-位移曲线、峰值应力等重要参数。研究结果表明:圆钢管再生混凝土试件的破坏形态表现为腰鼓状斜剪压破坏,而方钢管再生混凝土则呈现斜压破坏;试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、再次上升段等历程,各试件的峰值应力和峰值应变与普通再生混凝土相比有明显提高,且圆钢管试件较方钢管提高更为显著。取代率对钢管再生混凝土的破坏机理有影响但不明显。基于试验实测数据,分别采用全过程分析法和极限分析法对钢管约束再生混凝土的极限承载力进行理论分析,并提出应力-应变全过程曲线的数学表达式和极限强度计算公式,理论计算结果与试验实测结果吻合良好,研究结果可供钢管约束再生混凝土的科学研究和工程应用参考。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

局部承压圆钢管混凝土柱力学性能研究

为了研究不同截面形状垫块作用下圆钢管混凝土柱的局部承压性能,进行了14个试件的试验研究,考察了垫块截面形状、局部承压面积比和端板厚度对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态、荷载-变形曲线及承载力的影响。结果表明,垫块截面形状对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态的影响较小,但方形垫块作用试件的承载力和荷载-变形曲线的初始斜率略高于圆形垫块作用试件。在确定钢材和核心混凝土本构模型的基础上,建立有限元模型对局部承压圆钢管混凝土柱的力学性能进行了模拟,总体上模拟结果与试验结果符合较好。最后,根据研究结果修正了以往圆钢管混凝土柱局部承压承载力的计算方法。     

钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗震性能研究

进行两个圆钢管约束型钢混凝土和两个方钢管约束型钢混凝土压弯构件的滞回性能试验研究,并进行两个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试件的混凝土为C70高强混凝土,试验中的主要参数为轴压比(n0=0.3和0.5)。试验结果表明,型钢混凝土和钢管约束型钢混凝土压弯构件易发生黏结破坏,因此工程实践中应在型钢翼缘设置抗剪连接件以防止黏结破坏的发生。相同用钢量条件下,圆钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力、延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,圆钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力与型钢混凝土柱基本相同,但方钢管约束型钢高强混凝土柱的延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,方钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。根据试验结果和理论分析结果建议了钢管约束型钢混凝土柱的截面抗弯承载力计算方法,提出设计建议,可为工程实践提供参考。     

锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力研究

运用ABAQUS有限元软件建立了模拟酸雨溶液腐蚀后圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型,为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀圆钢管混凝土短柱进行了轴压全过程分析,比较了不同锈蚀率下圆钢管混凝土短柱荷载-轴向位移关系曲线、外钢管承担的荷载-轴向位移关系曲线、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系曲线以及外钢管与核心混凝土之间的相互作用力-位移关系曲线的变化规律。最后对锈蚀圆钢管混凝土轴压短柱进行了参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对圆钢管混凝土短柱极限承载力的影响,并由此导出了酸雨腐蚀后圆钢管混凝土短柱极限承载力简化计算公式。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能对比分析

为研究圆钢管与方钢管约束钢筋混凝土柱火灾下力学性能的差异,采用ABAQUS软件建立圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱温度场和耐火极限的有限元分析模型,以截面尺寸、荷载比和长细比等为参数,分析了截面温度的分布规律以及不同参数对耐火极限的影响,比较了圆钢管和方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的差异。研究结果表明:相同截面形状系数(单位长度构件外表面直接受热面积与其体积的比值)下,方钢管与圆钢管约束钢筋混凝土柱的截面温度分布规律类似,方形截面内部混凝土的温度较圆形截面相同位置处的略低,前者的耐火极限高于后者,且构件长细比与荷载比越小,二者耐火极限差距越显著;当长细比为30时,对于荷载比不超过0.5且截面边长不小于600mm的方钢管约束钢筋混凝土柱,其耐火极限可达到或超过柱类构件一级耐火极限3h的要求,而对于圆钢管约束钢筋混凝土柱,仅当荷载比更小且截面直径更大时,才能满足这一要求。     

耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能分析

迄今为止,国内学者研究较多的是普通钢管混凝土柱的耐火性能,而对耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能研究报道较少。通过利用ANYSY有限元软件对普通圆钢管混凝土柱在火灾升温曲线下温度场的模拟,采用数值计算方法求解普通圆钢管混凝土柱耐火极限,与试验结果吻合很好。将普通钢管替换为耐火钢,研究耐火圆钢管混凝土柱耐火极限,并与普通圆钢管混凝土柱对比,发现在一定受火时间内耐火圆钢管混凝土柱耐火极限明显提高。     

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。     

圆钢管混凝土曲杆抗弯性能研究

基于ABAQUS软件建立圆钢管混凝土曲杆纯弯有限元计算模型,分析不同弯曲度下圆钢管混凝土曲杆受力过程中的荷载-挠度曲线,比较圆钢管混凝土曲杆与空钢管曲杆和钢管混凝土直杆抗弯性能的差别,并对圆钢管混凝土曲杆的工作机理进行分析。最后基于弹性理论,推导了圆钢管混凝土曲杆的抗弯刚度解析解。研究结果表明:有限元分析结果与相关试验结果及解析解均吻合良好,由于钢管和混凝土的相互作用,钢管混凝土曲杆具有良好的延性和稳定性,曲线形轴线产生的轴力使得曲杆比直杆具有更高的抗弯承载力,随着弯曲度的增大,圆钢管混凝土曲杆的抗弯承载力和刚度均有所提高。     

方钢管混凝土轴压短柱力学性能非线性有限元分析

在以往有关研究成果的基础上,选取具有代表性的轴压方钢管混凝土结构试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对方钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行计算分析。分析受力过程中钢管混凝土柱的破坏模态;计算方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线;分析含钢率、套箍系数对极限承载力和荷载-变形关系曲线的影响规律。并将计算分析结果与试验结果相比较,验证了建立的模型可以模拟方钢管混凝土柱的极限承载力和破坏全过程。文中的研究成果可为其他研究提供相关参考。     

圆形和方形钢管混凝土轴压性能对比研究

对轴压力作用下的圆形和方形截面钢管混凝土进行非线性有限元分析,并与试验结果作比较,模拟结果与试验结果吻合较好。进而对比研究了相同用钢量和混凝土截面条件下的圆形和方形截面形钢管混凝土的轴压性能,最后做了参数分析。结果表明:相同条件下的圆、方钢管混凝土,在轴压力作用下圆钢管与核心混凝土的接触压应力分布均匀,方钢管与核心混凝土接触压应力的分布离散性大,圆钢管对核心混凝土约束更强,使得圆钢管混凝土轴压性能优于方钢管混凝土,并且圆、方钢管混凝土力学性能差异会随着核心混凝土强度的提高而增强,随着钢材强度、含钢率的提高而减弱。