轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的力学性能研究

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。     

多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压性能试验研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作7个多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱试件。通过轴心受压试验,考察了试件的破坏形态,实测试件的荷载-变形曲线、荷载-应变曲线,研究了试件轴压性能,分析了混凝土强度、钢管壁厚度、有无钢筋笼等参数对试件承载力的影响。研究表明,多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压全过程大致分为四个阶段;在达到90%极限承载力之前,试件外形无明显变化;提高混凝土强度对试件承载力的提高作用最为明显,有无钢筋笼对试件承载力的影响不明显,增加钢管壁厚度不仅可以提高试件承载力,而且可以显著改善试件延性。基于试验结果,参考国内外相关规范,建立了多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压承载力实用计算公式,可供实际工程设计参考。     

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明：大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。     

方钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

本文对3根冷弯型方钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,并分析了冷弯型方钢管高强混凝土轴心受压短柱的受力性能及变形特点。提出了典型荷载-应变全过程曲线,并分析了各阶段的受力性能。得到如下结论:冷弯型方钢管高强混凝土短柱充分利用了高强混凝土抗压与钢材抗拉的材性特点,其极限承载力较普通方钢管混凝土更高;短柱试件承载力的下降取决于方钢管的局部屈曲与核心混凝土失去三向受力状态并被压碎的程度;冷弯型方钢管高强混凝土的极限承载力本质上主要由冷弯型方钢管局部屈曲控制;冷弯型方钢管高强混凝土轴压短柱后期延性较差,但含钢率越大,其后期残余承载力越大。     

轴压下方钢管自密实高强混凝土组合柱的试验研究

提出了一种新型的钢-混凝土组合柱形式,称为方型钢管自密实高强混凝土组合柱。在该组合柱中,将型钢构件放入方型钢管中,然后将自密实混凝土灌入方钢管中。通过对18根该组合柱的轴压试验,研究了混凝土强度、宽厚比、长宽比及型钢截面率对组合柱承载力和变形性能的分析。试验结果表明,组合柱中的型钢能有效地控制核心混凝土斜裂缝的产生,从而改变短柱的破坏模式和屈服后的性能。并提出了该组合柱轴向受荷的承载力计算公式。此计算结果与试验结果吻合较好。     

钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的核心混凝土、钢管以及型钢钢骨在三向应力状态下的轴向极限承载力进行了分析;通过引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束,从而推导出钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱轴压承载力的理论计算公式;将该公式的计算结果与试验结果和已有公式的计算结果进行比较,各结果吻合良好。结果表明：该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料具有实际意义,并且为此类结构的研究提供了重要的依据。     

轴心受压钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱承载力

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,基于合理选取钢材和混凝土本构关系以及正确定义单元类型、模型接触、加载边界条件和加载方式,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压有限元模型,通过后处理得到组合短柱的荷载纵向应变关系曲线,并与试验的荷载纵向应变曲线进行对比分析。分析了典型试件受力全过程以及最终破坏形态,同时比对了不同类别组合短柱轴心受压承载力简化计算公式,最后给出最优简化计算公式。     

轴心受压方钢管混凝土短柱的性能研究:I试验

介绍了包括方钢管混凝土短柱、方钢管短柱以及素混凝土短柱在内共 １４个试件的轴心受压试验结果,研究了方钢管混凝土短柱的破坏机理、延性和极限承载力,讨论了影响方钢管混凝土轴压短柱性能的主要因素,包括钢管的宽厚比、混凝土的强度等级等。     

基于统一强度理论的方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明:在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

Calculation of axial bearing capacity of recycled concrete filled square steel tube-profile steel short columns based on unified strength theory

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明：在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14~0.38的高强钢管超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明：与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。     

钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能,采用有限元软件ABAQUS对钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压试件进行非线性有限元分析,研究了长细比、偏心率、配骨指标和加载方向这些参数对组合柱小偏心受压力学性能的影响。通过回归分析提出小偏心受压承载力简化计算公式,并将简化公式计算结果与试验结果及有限元（FEM）计算结果进行对比。结果表明:长细比、偏心率对组合柱小偏心受压承载力影响较显著;配骨指标的增大能提高组合柱的延性;加载方向对承载力影响很小;简化公式计算结果与试验结果及有限元计算结果吻合良好。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套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11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

Behaviour of uni‐axially loaded concrete‐filled‐steel‐tube columns confined by external rings

Concrete‐filled‐steel‐tube (CFST) columns have been widely adopted for column construction of tall buildings due to its superior strength and ductility performance contributed by the composite action. However, this beneficial composite action cannot be fully developed at early elastic stage as steel dilates more than concrete and thereby causing imperfect interface bonding. Hence, it reduces the elastic strength and stiffness of the CFST columns. To resolve the problem, external confinement in the form of steel rings is proposed in this study to restrict the lateral dilation of concrete and steel at initial elastic stage. In this paper, CFST columns of various dimensions cast with normal‐strength or high‐strength concrete and installed with external steel rings were tested under uni‐axial compression. From the results, it was evident that (a) the external steel rings could restrict the lateral dilation of CFST columns and improve the interface bonding condition and (b) externally confined CFST columns had uni‐axial strength and stiffness larger than those of unconfined CFST columns. With the experimental results, an analytical model taking into account the confining effects of steel tube and rings has been developed to predict the uni‐axial strength of ring‐confined CFST columns. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fire performance of self-consolidating concrete filled double skin steel tubular columns: Experiments

An investigation into the fire performance of self-consolidating concrete (SCC) filled double skin tubular columns (CFDST) during the standard fire test is reported. Six full size SCC filled CFDST columns were designed for the fire tests. Detail failure modes of overall specimens and each component in the columns as well as temperatures, deformation and fire endurance were presented. Fire performance of the CFDST columns were studied through analysis of the limiting temperature of the outer tube, composite action between steel and concrete and effect of a number of parameters on the fire endurance. It showed that the limiting temperature in the CFDST columns is significantly higher than that in concrete filled steel tubular (CFST) columns or critical temperature in steel structural components. Strong evidence was found to prove the existence of composite action between steel and concrete in the CFDST columns during fire exposure. Effect of a number of parameters on the fire endurance of the composite columns was identified. Investigation into the fire performance of the columns also reveals possible solutions to improve the fire resistance of CFDST members.     

Steel encased polymer concrete under axial compressive loading: Analytical formulations

Composite structures and in particular steel encased concrete structures, are rapidly emerging as one of the inevitable structural systems for earthquake resistance, as they have been known to exploit the best attributes of steel and concrete, resulting in higher stiffness, strength and ductility. However, limitations imposed by the encased cement concrete, e.g., its brittleness, low tensile strength and diminished durability, further compounded by mounting environmental concerns since the 1997 Kyoto protocol and the need for sustainable development, dictate that novel ecologically benign construction materials be sought for the 21st century. In this context, experimental and analytical studies have been conducted on polymer-based materials (latex cement mortar and epoxy concrete) as supplementary and/or complementary materials to ordinary cement concrete in composite tubular systems. Results from experimental work on the compressive behaviour of steel encased polymeric materials reveal significant increase in strength and/or ductility of polymer and polymer concrete filled steel stub columns. In addition, polymer formulations were found to present an array of basic properties, which could be tailored to meet specific design requirements. In conjunction with the experimental results, existing models by several researchers are evaluated and found to generally underestimate the confined strength of the fill materials. A proposed model, taking into consideration key material properties such as shear and bulk moduli, is found to depict the confined strengths satisfactorily. Finally, force–strain models are developed for the composite stub columns that adequately capture the elastic stiffness and ultimate state, unlike existing models.     

Analysis on axial compressive performance of embedded circular steel tube totally-recycle concrete composite columns

为研究全再生混凝土柱内配钢管后的轴压力学性能,设计5个内置钢管全再生混凝土组合柱试件和3个对比试件进行试验,分析体积配箍率和钢管面积比对试件承载力、延性和损伤性能的影响规律以及内配钢管后的组合效应。研究表明：钢管混凝土柱达到峰值荷载时刻滞后于中空钢筋混凝土柱,即在管外混凝土达到极限状态后,核心钢管混凝土逐渐发挥作用;随着体积配箍率的增加,组合柱的承载力和延性整体呈增长趋势,累积损伤增长变慢;提高钢管面积比,组合柱承载力降低,延性增强,提前进入损伤状态,但后期损伤发展缓慢;CECS 188:2005的计算结果与试验结果吻合良好,该规程可用于内置钢管全再生混凝土组合柱轴压承载力设计。