复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

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。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

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。     

中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压性能研究

为考察偏心距和长细比对采用带纵向加劲肋的薄壁外管中空夹层钢管混凝土柱受力性能的影响,进行5个方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土长柱的偏压试验。试验结果表明:构件的极限荷载随着偏心距和长细比的增大而下降;该类构件的延性低于传统中空夹层钢管混凝土柱。针对试验模型,对中空夹层薄壁钢管混凝土偏压柱进行了有限元模拟,有限元计算结果和试验结果吻合较好。基于有限元模型开展了机理分析和参数分析,结果表明:外部薄壁钢管的约束主要集中在横截面角部很小的范围,核心混凝土承担了大部分荷载;混凝土强度、钢材屈服强度、径厚比、径宽比、长细比直接影响轴力-弯矩相关曲线的形状。基于研究成果,提出了中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压时承载力的简化计算式,供工程实际参考。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

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。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

内置型钢钢管混凝土轴压构件设计方法研究及 可靠度分析

为使内置型钢钢管混凝土构件在实际工程应用中有矩可循、有法可依,采用ABAQUS有限元软件建立了内置型钢钢管混凝土构件轴压模型,通过与已有试验结果对比验证了数值模拟的可靠性。基于内置型钢钢管混凝土力学性能及工作机理,分析了混凝土强度、钢管强度、内置型钢强度、钢管含钢率以及内置型钢含钢率等参数对构件承载力的影响; 以提出的计算方法为基础,分析了不同荷载效应比ψ对该类构件可靠度的影响。考虑实际工程参数,分别提出了内置型钢钢管混凝土轴压短柱强度承载力计算公式与内置型钢钢管混凝土长柱的稳定承载力计算公式,建议了内置型钢钢管混凝土轴压构件的设计方法。以稳定系数φ为参数,提出了内置型钢钢管混凝土轴压构件极限承载力与稳定承载力的统一计算方法。研究结果表明:基于提出的计算方法得到的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力可靠度指标基本符合统一标准规范要求。     

薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力试验研究

通过对10个薄壁方钢管混凝土柱的轴压试验，研究了长细比、壁厚、混凝土强度三种因素对试件破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力及泊松比等力学指标的影响。结果显示，薄壁钢管混凝土柱试件的加载过程与普通钢管混凝土柱试件类似，总体上可分为弹性、弹塑性和下降三个阶段。本试验试件破坏均表现为核心混凝土被压碎，钢管外部出现环向屈曲带。利用有限元软件建立了薄壁钢管混凝土柱模型并验证了其有效性与可靠性，分析结果表明：当构件截面含钢率一定时，混凝土强度对钢混结构的组合效率影响十分明显，对于含钢率为0.02～0.06的薄壁构件，采用强度等级为C20～C50的混凝土能明显提高钢混结构的组合效率；对于稳定承载力，发现不同变化参数下的稳定系数均可以采用以正则长细比为自变量的单一方程来表示。参考GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出了薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力的简化计算式，计算值与实测值吻合良好。     

内置型钢的圆钢管混凝土构件轴压承载力计算方法

为适应现代结构不断向高耸、重载、大跨等方向发展的趋势,将内置型钢钢管混凝土应用于柱结构设计中.采用ABAQUS有限元软件建立内置型钢圆钢管混凝土轴压短柱受力全过程分析的数值模型,对已有的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力的试验数据进行计算和验证.分析了该类构件在轴压作用下的应力-应变全过程曲线、截面应力分布及各部件之间的相互作用力;探究了材料强度、型钢含钢率、钢管含钢率及型钢截面形式等主要参数对内置型钢钢管混凝土组合柱强度指标的影响规律.研究结果表明:内置型钢对核心混凝土形成了双重约束作用,使核心混凝土的强度有所提高;型钢、混凝土和钢管之间的协同工作有效提高了柱的承载力及延性;型钢含钢率和型钢截面形式对应变变化影响较小.最后,提出了适用于内置型钢圆钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

薄壁方钢管混凝土短柱承载性能非线性有限元分析

采用ANSYS软件,对薄壁方钢管混凝土短柱的承栽性能进行非线性有限元分析.考虑轴压作用下带肋与不带肋两种截面形式的薄壁方钢管混凝土短柱力学性能,并得出其破坏模态,计算结果与试验结果吻合较好.针对该类构件,探讨加劲肋和钢管强度对其承载力的影响.结果表明,设置加劲肋能有效提高薄壁方钢管混凝土短柱的轴压承载力,与不带肋短拄相...     

内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱非线性分析

为研究内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱的轴压力学性能,以长细比为设计参数对该柱进行轴心受压试验,并在合理选取材料本构关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱进行非线性分析,获取其变形特征、应力云图及轴向荷载-应变曲线,验证计算结果的合理性;在此基础上,分析方钢管强度、钢骨强度、再生混凝土强度、方钢管宽厚比及钢骨配钢率等参数对该短柱轴压性能的影响。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着长细比的增大,轴压柱的极限荷载和延性逐渐降低;短柱极限荷载随着方钢管强度、再生混凝土强度以及钢骨配钢率等参数的提高而逐渐增大,其中再生混凝土强度的提高对该短柱的变形能力是不利的;随着钢骨强度的增大,短柱极限荷载增大,但增幅不大;减少方钢管宽厚比对短柱的轴压性能是有利的,极限荷载增幅可达到18.5%。总体上,内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱具有承载力高和良好的变形能力。     

轴心受压方钢管-钢骨混凝土组合长柱力学性能的非线性有限元分析

基于钢管-钢骨高强度混凝土轴压组合长柱轴压试验,利用大型有限元软件ANSYS建立三维有限元数值分析模型,并对建立的模型进行非线性有限元数值模拟,分析方钢管-钢骨高强度混凝土组合长柱在轴心压力作用下的力学性能。有限元计算出来的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数与试验结果吻合较好,证明所建立三维有限元模型和分析结果是可靠有效的;在此基础上,利用有限元模拟对若干影响组合长柱受力性能的因素进行了分析。研究表明:组合长柱截面含骨率与混凝土轴心抗压强度对方钢管-高强度混凝土组合长柱的荷载-轴向应变曲线、极限承载力和延性系数有重要影响;随着方钢管厚宽比的增大,方钢管-高强度混凝土组合长柱的屈服承载力和极限承载力均有明显的增加。     

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。     

薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

对 8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究 ,柱的长宽比为 1 4～ 40 ,管壁板件的宽厚比为 67～ 1 2 5。试验结果表明 ,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏 ,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏 ,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上 ,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数 ,在上述长宽比的范围内 ,公式计算值与试验结果吻合良好     

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明：和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明：圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模...     

哑铃形钢管混凝土压弯相关曲线分析

为研究哑铃形钢管混凝土压弯力学性能,基于4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土构件的压弯试验,开展了有限元研究和参数分析。应用有限元软件ABAQUS建立了哑铃形和圆形钢管混凝土有限元模型,分析了两种截面钢管混凝土压弯构件破坏形态,验证了模型的正确性。通过对模型进行参数分析,探究混凝土强度、钢管强度、轴压比和长细比等参数对两种截面形式钢管混凝土压弯承载力和压弯相关曲线的影响规律。结果表明：两种截面形式构件的压弯承载力均随着轴压比的增大呈现先增大后减小的趋势,圆形截面和哑铃形截面构件的临界轴压比分别为0.2和0.4;混凝土与钢材强度等级的提升会使构件压弯承载力增大;而长细比的增大,则会降低构件的压弯承载力。在参数分析的基础上,推导出适合哑铃形钢管混凝土的压弯承载力建议公式,并验证了公式的准确性。     

方钢管再生混凝土柱侧向承载力的数值模拟及影响因素敏感度分析

在方钢管再生混凝土柱低周往复荷载作用下的试验基础上,采用ABAQUS对柱在侧向水平力作用下的承载力进行模拟,运用敏感度分析原理对影响方钢管混凝土柱承载力的诸因素进行分析。研究表明:钢管再生混凝土柱侧向承载力随钢材屈服强度、含钢率和再生混凝土抗压强度的增大而提高,其中,随含钢率提高,柱侧向承载力增长较多;提高再生混凝土抗压强度对柱侧向承载力的增加很小,可以忽略;柱的侧向承载力随长细比的增大而明显减小;随轴压比的增大先微幅增大后快速减小。柱的侧向承载力对长细比敏感度最大,含钢率次之,钢材屈服强度、轴压比和再生混凝土抗压强度的敏感度依次递减。由此可见,构件长细比和含钢率是影响方钢管再生混凝土柱侧向承载力的两个主要因素。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压性能有限元分析

在8根方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件试验研究的基础上,利用有限元软件ANSYS建立了方钢管再生混凝土长柱偏心受压的计算模型。通过计算得出了荷载-位移曲线,分析了构件的变形性能以及长细比、偏心距等因素对极限承载力的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱偏压构件主要表现为整体失稳破坏;其偏压弹性刚度随长细比及偏心距的增大呈先增后减的趋势;延性及轴向耗能能力随长细比的增大呈先减后增的趋势,随偏心距的增大呈先增后减的趋势;构件极限承载力随长细比及偏心距的增大而减小;计算结果与试验结果吻合良好,能够较真实地反映试验结果,所建立的有限元模型能够有效地对方钢管再生混凝土柱偏压力学性能进行全过程分析。