配筋钢管混凝土柱轴拉及偏拉性能试验研究

针对4m长内配钢筋钢管混凝土试件开展轴拉和偏拉试验,研究其受力过程及破坏形态,获得了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和试件的受拉承载力及刚度,并与同尺寸的空钢管和钢管混凝土试件进行了比较。研究结果表明:内配钢筋可以有效地增加试件的受拉承载力和刚度,且当试件达到轴拉承载力时钢筋可以屈服;核心混凝土的存在使得外钢管在受拉时处于双向应力状态,从而提高了钢管混凝土试件的受拉承载力,壁厚为4 mm和6 mm的钢管混凝土试件的轴拉承载力相比空钢管分别提高13%和15%;在试验研究的基础上提出了内配钢筋钢管混凝土试件在轴拉和偏拉工况下的承载力和刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Experimental investigation on concrete-filled steel tubes with reinforcing bars under axial and eccentric tension

针对4m长内配钢筋钢管混凝土试件开展轴拉和偏拉试验,研究其受力过程及破坏形态,获得了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和试件的受拉承载力及刚度,并与同尺寸的空钢管和钢管混凝土试件进行了比较。研究结果表明：内配钢筋可以有效地增加试件的受拉承载力和刚度,且当试件达到轴拉承载力时钢筋可以屈服;核心混凝土的存在使得外钢管在受拉时处于双向应力状态,从而提高了钢管混凝土试件的受拉承载力,壁厚为4mm和6mm的钢管混凝土试件的轴拉承载力相比空钢管分别提高13%和15%;在试验研究的基础上提出了内配钢筋钢管混凝土试件在轴拉和偏拉工况下的承载力和刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Theoretical and experimental research on flexural behavior of concrete-filled steel tubes with inner stiffening

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.9199,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

内配加劲件钢管混凝土构件受弯性能理论与试验研究

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.919 9,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究北大核心CSCD

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。     

内配格构式角钢圆钢管混凝土梁受弯承载力试验及计算

通过对内配格构式角钢钢管混凝土试件进行四点弯曲试验,获得了试件的荷载-位移曲线和受弯承载力等试验数据。在试验的基础上,通过极限平衡法推导了该类型试件的受弯承载力计算式,并将公式计算结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:内配角钢的存在明显地提高了试件的受弯承载力,且试件的受弯承载力随着内配角钢面积的增加而提高;基于极限平衡法提出的承载力计算式可以比较准确且偏于安全地预测该类型试件的受弯承载力。     

受拉内配加劲件钢管混凝土塔架内外钢构件共同工作性能试验研究

为研究内配加劲件钢管混凝土构件在非全截面受拉时的内外钢构件共同工作性能,设计了主材构件分别为内配钢筋和内配型钢的钢管混凝土塔架缩尺加载试验,分析内外钢构件的荷载-应变曲线和内外钢构件应力比值。试验结果表明,内配加劲件钢管混凝土在非全截面受拉时,内外钢构件能够共同工作并且两者应力比值为1。采用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;有限元分析结果表明,内外钢构件应变发展规律基本一致,内外钢构件变形协调;当桁架在侧向荷载作用下达到承载力极限状态时,内部钢构件和主管也分别达到了屈服应力,主管中的内部钢构件可以完全发挥材料强度,内外钢构件可以共同受力。     

Experimental study on co-working of inner and outer steel part in concrete-filled steel tube tower frame with inner stiffening parts under tension

为研究内配加劲件钢管混凝土构件在非全截面受拉时的内外钢构件共同工作性能,设计了主材构件分别为内配钢筋和内配型钢的钢管混凝土塔架缩尺加载试验,分析内外钢构件的荷载-应变曲线和内外钢构件应力比值。试验结果表明,内配加劲件钢管混凝土在非全截面受拉时,内外钢构件能够共同工作并且两者应力比值为1。采用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;有限元分析结果表明,内外钢构件应变发展规律基本一致,内外钢构件变形协调;当桁架在侧向荷载作用下达到承载力极限状态时,内部钢构件和主管也分别达到了屈服应力,主管中的内部钢构件可以完全发挥材料强度,内外钢构件可以共同受力。     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

内配PVC管约束高强混凝土短柱滞回性能及抗剪承载力计算

为研究内配PVC管约束高强混凝土(PVC-RHC)短柱的滞回性能及抗剪承载能力,设计了5个试件进行拟静力试验,其中3个PVC-RHC试件,内配钢管约束高强混凝土短柱(CST-RHC)、钢筋高强混凝土短柱(RHC)对比试件各1个。试验结果表明:所有试件均发生剪切斜压破坏;与试件RHC相比,内配PVC管和钢管约束高强混凝土短柱的滞回曲线更为饱满,耗能能力更强,强度衰减缓慢,极限变形大,延性提高;随着PVC管径高比和轴压比的增加,PVC-RHC试件的耗能能力和变形能力降低。采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对构件抗剪承载力进行计算发现,计算结果偏小,约有30%的安全富裕。最后根据试验破坏机理,建立力学分析模型,推导出构件抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

碳纤维布包裹钢管自应力混凝土圆柱的轴压试验研究

通过在钢管自应力混凝土外包裹碳纤维布(CFS),能更有效地提高构件的承载力并增加其延性。通过对12根钢管混凝土柱进行轴压试验,研究自应力混凝土和CFS包裹对钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,对比不同工况的破坏形态、时间-应变曲线、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线。结果表明:自应力混凝土能为钢管和CFS提供预拉力,提升钢管和CFS对混凝土的约束作用; CFS可以很好地约束钢管的屈曲变形并大幅提高试件承载力,使用CFS包裹后的钢管普通混凝土和钢管自应力混凝土的极限承载力分别提高了75. 2%和67. 5%;试件极限承载力试验值跟理论分析结果吻合良好。     

不同腔体构造矩形截面钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔体钢管混凝土巨型柱腔体构造措施对其轴压性能的影响,以北京中国尊大厦巨型柱截面长轴两端受力较大的矩形截面腔体为原型,进行了6个不同腔体构造措施1/4缩尺的矩形钢管混凝土柱轴压性能试验。采用竖向重复加载,研究了各试件的破坏过程、荷载 位移曲线、承载力、耗能、刚度退化和应变,分析了腔体内加设竖向加劲肋、水平拉结筋、栓钉、横隔板、钢筋骨架等构造措施对试件轴压性能的影响。提出了不同腔体构造措施矩形截面钢管混凝土柱的承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟损伤形态和分析结果与试验结果符合较好,并分析了不同腔体构造参数对其轴压性能的影响。研究表明：腔体内设置竖向加劲肋,可分担轴力,延缓钢管屈曲,增强对混凝土的约束,提高构件刚度、承载力和延性;竖向加劲肋间设置拉结钢筋,极限荷载后,可增强钢管对混凝土的约束,延缓钢管混凝土柱轴压性能退化;腔体内设置栓钉,极限荷载后,可增强钢管与混凝土共同工作性能,延缓其后期性能退化;腔体内设置横隔板,其与钢管共同工作,可提高对混凝土的空间约束,显著提高柱的承载力,延缓其刚度退化,总耗能能力增强;腔体内设置钢筋骨架,可进一步加强对各钢筋笼内混凝土的约束,延缓柱的极限荷载后的性能退化,提高延性。     

钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力,进一步了解钢管间混凝土的体积配箍率对其轴压承载力和变形的影响,完成了18个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴压试验,研究了试件轴心受压的破坏形态、受力机制、承载力及变形能力。试验结果表明:随着钢管间混凝土体积配箍率的提高,混凝土的受压极限应变提高,钢管对管中混凝土的套箍效应得到更好的发挥,使试件的承载力和变形能力相应提高。采用有限元软件ABAQUS对钢管高强混凝土剪力墙轴压性能进行非线性分析,结果与试验结果相符。根据对试验结果的统计分析和有限元分析的结果,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

高温作用后圆钢管混凝土轴压力学性能研究

通过对 13个圆钢管混凝土短试件在恒定高温作用后荷载 -变形关系的试验 ,研究高温作用后钢管混凝土轴压力学性能和强度承载力的变化规律。结果表明 ,高温作用后圆钢管混凝土轴心受压构件仍然具有较好的抗变形性能和较高的后期承载力 ;钢管混凝土剩余强度和弹性模量总体上随温度的升高而降低。利用数值分析方法计算了圆钢管混凝土轴压荷载 -变形关系曲线 ,理论计算结果和试验结果吻合较好 ,在此基础上提出了恒高温作用后钢管混凝土轴压承载力和轴压模量简化计算公式     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压力学性能研究

以长细比及偏心距为主要变化因素,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行偏心受压单调加载试验。通过观察试件破坏形态,利用获取的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及试件承载力等重要数据,分析方钢管再生混凝土长柱偏心受压工作机理,并讨论上述因素对试件极限承载力及破坏形态的影响,最后利用国内常用的钢管混凝土规范所推荐的压弯构件承载力计算方法进行承载力理论计算,并与试验结果进行对比。研究表明:方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件的受力过程、破坏形态、变形特性等与普通钢管混凝土相似,试件承载力随长细比和偏心距的增大而减小,最终破坏形态主要为整体失稳破坏,部分试件为材料强度破坏;根据规程GJB 4142—2000所计算承载力与试验结果吻合较好。     

钻孔注浆钢管桩桩身轴压承载力的试验研究

通过12个钻孔注浆钢管桩试件的桩身轴压承载力试验,得出了各试件的荷载-变形曲线,对比分析了各种计算方法预测的试件轴压承载力的有效性。研究表明:1实测钻孔注浆钢管桩桩身轴压承载力比按钢管轴压承载力计算的设计值大约2.2~3.1倍;2实测钻孔注浆钢管桩桩身轴压承载力比按钢管轴压承载力+钢管内注浆体轴压承载力计算的设计值大约1.5~1.8倍;3实测钻孔注浆钢管桩桩身轴压承载力比按我国标准CECS28:2012中钢管混凝土柱轴压承载力计算的设计值大约1.3~1.6倍,吻合较好。     

玄武岩纤维增强材料加固钢管混凝土圆柱轴压性能的试验研究

通过在钢管外部缠绕玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)对钢管混凝土进行修复加固,能有效地提高构件的极限承载力、增加构件的延性、耐腐蚀性。通过对BFRP加固钢管混凝土的试验研究,分别对4个用BFRP纤维布缠绕加固和3个未加固钢管混凝土进行轴压试验,并通过荷载-位移曲线、荷载-应变曲线进行分析。结果表明:用BFRP缠绕加固的试件轴压破坏形态为BFRP拉断,钢管屈曲;用BFRP加固试件的承载力比未加固试件提高了17.3%,同时增加了试件的延性;未加固与加固试件轴压承载力的试验结果与理论计算结果的偏差较小,验证了理论计算的准确性。     

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载变形曲线和极限承载力关系.结果表明：随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.     

钢管钢骨混凝土柱压弯性能试验研究

对5根钢管钢骨混凝土组合柱的压弯性能进行试验,研究不同轴压比和加载方向对组合柱承载力和变形的影响,并深入解析钢骨和钢管之间混凝土双重紧箍效应对承载力提高的工作机制,以及试件在受拉区和受压区紧箍力的分布规律。根据试验结果,采用N-M相关关系法确定钢管钢骨混凝土压弯构件的实用计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

圆CFRP-钢管混凝土轴压构件静力性能研究

为了初步了解圆CFRP-钢管混凝土轴压构件的静力性能,进行32个试件的试验研究.试验结果表明,长径比较小的试件属于强度破坏,长径比较大的试件则属于稳定破坏;试件的载荷-中截面挠度曲线可以分为以下三个阶段:弹性段、弹塑性段和软化段.对试验结果的分析表明,在极限荷载之前,钢管纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定;钢管和CFRP管在纵向和环向都可以协同工作;环向应变分布不均匀,同一点的纵向应变和环向应变异号,纵向受拉的钢管对混凝土没有环向约束作用;构件的挠曲线近似为正弦半波曲线.最后,应用纤维模型法模拟了圆CFRP-钢管混凝土轴压构件的荷载-中截面挠度曲线,计算结果与试验结果吻合良好,且偏于安全.