局部承压矩形钢管混凝土短柱力学性能研究

基于单调荷载作用下钢材和混凝土的应力-应变关系模型,考虑了材料本构关系的非线性以及不同材料之间的接触关系,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了矩形钢管混凝土短柱在局压偏压下的非线性有限元计算模型。计算分析矩形钢管混凝土受局压偏压时的荷载-变形全过程关系曲线,计算曲线与试验曲线吻合较好。通过分析局压面积比、截面含钢率、钢材和混凝土强度以及端板厚度等对钢管混凝土局压力学性能的影响规律,较深入地了解矩形钢管混凝土受局压偏压荷载时的工作机制。最后,在系统参数分析结果的基础上,提出矩形钢管混凝土局压偏压承载力简化计算方法。     

带端板的钢管混凝土轴向局压力学性能的试验

钢管混凝土的端板对钢管混凝土局压力学性能产生一定的影响,变换端板厚度对圆截面与方截面钢管混凝土轴向局压进行试验研究,同时考察截面形状与局压面积比的影响。试验结果表明,随着端板刚度的增加,钢管混凝土的局压力学性能越来越接近全截面受压的情况,截面形状和局压面积比的不同会使端板刚度的影响规律产生差异。采用有限元法计算钢管混凝土的局压承载力获得了较好的计算效果,为进一步的机理分析提供了一条有效的途径。     

带端板的钢管混凝土框架抗震性能的试验

钢管混凝土的端板对钢管混凝土局压力学性能产生一定的影响,变换端板厚度对圆截面与方截面钢管混凝土轴向局压进行试验研究,同时考察截面形状与局压面积比的影响.试验结果表明,随着端板刚度的增加,钢管混凝土的局压力学性能越来越接近全截面受压的情况,截面形状和局压面积比的不同会使端板刚度的影响规律产生差异.采用有限元法计算钢管混凝土的局压承载力获得了较好的计算效果,为进一步的机理分析提供了一条有效的途径.     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

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。     

碳纤维增强聚合物-方形截面钢管混凝土构件扭转性能试验研究

以横向CFRP约束系数、纵向CFRP增强系数和混凝土立方体抗压强度为主要参数,进行了18个CFRP-方形截面钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)构件扭转性能试验研究。试验结果表明,S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线对应试件受力的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段;钢管和CFRP可以协同工作;纵向应变与横向应变均为拉应变,45°方向为压应变;构件的变形近似符合平截面假定。应用ABAQUS有限元分析软件模拟了S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线,计算结果与试验结果吻合良好。有限元参数分析结果表明,钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP层数和含钢率的提高不改变S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线的形状;但钢材屈服强度或含钢率的提高可以显著提高受扭承载力,混凝土强度的提高对构件承载力有所提高,而CFRP层数的增加可使承载力略有提高;含钢率的提高可以提高构件弹性阶段的刚度。     

Experimental study on torsional behavior of concrete filled CFRP-steel tube with square cross-section

以横向CFRP约束系数、纵向CFRP增强系数和混凝土立方体抗压强度为主要参数,进行了18个CFRP-方形截面钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)构件扭转性能试验研究。试验结果表明,S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线对应试件受力的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段;钢管和CFRP可以协同工作;纵向应变与横向应变均为拉应变,45°方向为压应变;构件的变形近似符合平截面假定。应用ABAQUS有限元分析软件模拟了S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线,计算结果与试验结果吻合良好。有限元参数分析结果表明,钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP层数和含钢率的提高不改变S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线的形状;但钢材屈服强度或含钢率的提高可以显著提高受扭承载力,混凝土强度的提高对构件承载力有所提高,而CFRP层数的增加可使承载力略有提高;含钢率的提高可以提高构件弹性阶段的刚度。     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析

结合圆端形钢管混凝土轴压短柱试验,利用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱计算模型。选择简化的圆端形核心混凝土本构模型,计算得到构件的荷载-轴向应变曲线,并与试验曲线进行了对比,结果表明两者吻合较好。在此基础上进行了参数分析,研究了混凝土强度等级、钢材强度等级对构件承载力的影响。模拟结果表明,构件的承载力随着混凝土、钢材强度等级的提高而提高,但随着混凝土、钢材强度等级越来越高,构件承载力提升幅度开始变缓。     

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。     

GFRP管-混凝土-钢管受弯构件非线性分析

为进一步研究GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的受力性能,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析.采用平截面假定的纤维模型法,编制了GFRP管-混凝土-钢管组合构件的抗弯承载力计算程序.利用该程序计算得到弯矩-曲率、荷载 变形关系曲线,以及混凝土强度、空心率及GFRP管及内钢管厚度等因素对GFRP管-混凝土-钢管组合构件荷载-变形曲线的影响.研究表明,荷载-变形曲线可分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,空心率对极限荷载的影响比较显著,GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的承载力随着GFRP管和钢管管壁厚度的增加而增加,随着混凝土强度等级的提高而增大,随着空心率的增大,其相应变小.     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。     

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃～900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。     

界面缺陷对钢管混凝土受弯构件抗弯性能影响研究

钢管与核心混凝土之间的界面缺陷在很多在役钢管混凝土结构中普遍存在,是影响结构工作性能的重要原因之一。文章进行不同界面缺陷范围的圆钢管混凝土抗弯构件的抗弯性能试验研究,分析缺陷范围对试件的破坏模式、承载能力、跨中挠度、钢管表面应力等参数的影响;采用声发射技术监测了试件在加载过程中核心混凝土的内部损伤情况,分析界面缺陷范围对混凝土损伤以及试件抗弯刚度的影响规律。基于试验结果的修正,建立有限元分析模型,研究截面含钢率、核心混凝土强度、界面缺陷范围等参数对钢管混凝土构件抗弯刚度的影响规律。结果显示,含钢率与界面缺陷范围变化对抗弯刚度作用相反,即含钢率越高时,界面缺陷范围对构件的抗弯刚度折减影响越低;核心混凝土强度与界面缺陷范围变化对抗弯刚度作用一致,即核心混凝土强度越高,界面缺陷范围对构件的抗弯刚度折减影响也越高;最后,根据数值分析结果,得到不同缺陷范围下抗弯刚度折减系数的经验表达式。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

轴压比对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能影响研究

通过对高强钢筋混凝土异形柱试件进行低周往复加载试验,对比分析异形柱试件的破坏特征、承载能力、位移及延性、滞回特征、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标,研究轴压比对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响。研究表明:轴压比对高强钢筋混凝土异形柱的抗震性能影响效果显著。减小高强钢筋混凝土异形柱试件的轴压比能够增加高强钢筋混凝土异形柱试件的变形能力,改善异形柱试件的延性性能及滞回性能,减缓试件的刚度退化。增加高强钢筋混凝土异形柱试件的轴压比可以提高试件的极限承载能力。     

钢管混凝土偏心受压承载力的试验及理论研究

进行了16个不同含钢率的钢管混凝土试件的偏心受压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载。以双剪统一强度理论为基础,给出了钢管混凝土承载力的理论计算公式,并与试验进行比较,其结果基本一致,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。