钢管混凝土平缀管格构柱极限承载力试验研究

进行24根缀板式钢管混凝土格构柱轴心受压和偏心受压试验。试验参数为长细比、偏心率、柱肢间距和缀管间距。对试件的受力全过程、破坏特性与极限承载力进行分析,讨论了缀管的受力特性和缀管构造对试件极限承载力的影响。试验结果表明,钢管混凝土平缀管格构柱中缀管以受弯为主、应变较大,缀条式格构柱中缀管以受轴力为主、应变较小;柱肢间距和缀管间距对试件承载能力有较大的影响;随着长细比增加,试件破坏特性从局部压屈变为整体破坏;长细比和偏心率两个参数对缀板式钢管混凝土格构柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响;稳定系数与偏心率折减系数可以采用与缀条式格构柱相同的方法计算,但其剪切变形对极限承载力的影响要大于缀条式格构柱;给出了应用图表法的换算长细比计算方法。     

双肢缀条格构柱换算长细比的补充

通过虚功原理对缀条格构柱换算长细比进行了分析,结果表明,不同的缀条布置形式应采用不同的换算长细比计算式,现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)关于缀条格构柱换算长细比的计算式适用于缀条反向布置。同时补充了同向缀条和K形缀条布置的格构柱换算长细比计算式,可供工程设计人员在格构柱斜缀条布置和计算换算长细比时参考。     

波形钢板钢管混凝土柱试验研究

进行了以长细比和偏心率为参数的共22根波形钢板钢管混凝土柱的试验。对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力、柱肢钢管和波形钢板的应变等进行了分析。试验结果表明,波形钢板钢管混凝土柱的受力性能与钢管混凝土格构柱相近,随着长细比与偏心率的增大,波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力显著降低,而长细比和偏心率对其极限承载力的影响基本上是相互独立的,可采用双系数乘积公式计算。波形钢板钢管混凝土柱应考虑剪切变形对极限承载力及挠曲变形的影响,但由于波形钢板抗剪刚度要大于钢管混凝土格构柱的缀管,因而其剪切变形所引起的附加挠度对极限承载力的降低影响较钢管混凝土格构柱小。在实腹式截面杆件稳定荷载计算的基础上,提出了考虑剪切变形影响的波形钢板钢管混凝土柱稳定系数的计算方法。     

钢管混凝土格构柱偏心受压面内极限承载力分析

应用钢管混凝土结构设计规程,对钢管混凝土格构柱偏心受压试件进行面内整体承载力计算。计算结果与试验值相差较大。规程在计算换算长细比时采用加法来考虑剪切变形的影响,对于长细比较小的构件,将过度考虑剪切变形对承载力的不利影响,且出现承载力几乎不随构件长细比的变化而变化的不合理现象。在借鉴国外钢格构柱计算方法的基础上,提出采用放大系数法来计算钢管混凝土格构柱的换算长细比,所得极限承载力与试验值吻合良好。     

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好.对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析.对国内CECS 28:90、JCJ 01-89和DL/T 5085--1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析.分析结果表明CECS 28:90规程的偏心率折减系数计算公式较合理.柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法.斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议.最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法.     

钢管混凝土格构柱稳定计算材料修正系数研究

应用ANSYS通用程序,对轴压钢管混凝土格构柱进行了有限元参数分析。计算结果表明：除钢材强度、混凝土强度等级以外,钢管混凝土柱肢的含钢率对稳定系数的影响也不可忽略,相同换算长细比的钢管混凝土格构柱,柱肢的含钢率越大,稳定系数越小。借鉴国内钢结构设计规程,在理论推导和工程实例数值分析基础上,给出了综合考虑钢材强度、混凝土强度等级、含钢率的钢管混凝土格构柱稳定计算的材料修正系数γ的计算式,并提供了实用表格以方便查用。算例分析结果表明,材料修正系数γ的计算值与有限元计算结果吻合良好。     

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。     

设有通道的格构柱换算长细比

通过虚功原理,提出格构柱缀材同时采用缀条和缀板时,绕虚轴的换算长细比计算表达式,并结合实际工程给出算例。计算式综合反映了缀条和缀板对格构柱剪切变形的影响,可供工程设计人员对类似厂房柱设计、加固等借鉴引用。     

双肢缀条式格构柱换算长细比的分析

通过能量法对双肢缀条式格构柱换算长细比进行推导和分析,给出不同缀条布置形式时换算长细比的计算公式,并分析了与GB50017-2003《钢结构设计规范》给出公式中换算长细比系数之间的误差,同时给出了不同缀条布置形式及不同缀条夹角与换算长细比系数之间的关系曲线,可供工程设计人员进行参考.     

开孔钢板连接L形截面方钢管混凝土组合异形柱换算长细比计算方法

应用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中格构柱板条模型和缀条模型相叠加的方法,对开孔钢板连接L形方钢管混凝土组合异形柱换算长细比计算方法进行了推导。建立了与试验结果相吻合的有限元模型,并以长细比为变量,验证了换算长细比计算公式的正确性。     

钢管混凝土复合柱静力试验与偏心率折减系数计算方法

以偏心率为参数,对4根钢管混凝土复合柱和4根钢管混凝土格构柱进行了受压试验和有限元分析,对比分析了试件的破坏过程与特征、受压承载力和荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。试验结果表明：轴压复合短柱的破坏以钢筋混凝土板的压碎和纵筋屈服为特征,此时钢管混凝土柱肢没有充分发挥其自身的轴压承载能力;偏压复合短柱的破坏形态为近载侧钢筋混凝土板压碎同时柱肢钢管出现鼓曲,对应柱肢的受力状态与钢管混凝土格构柱的相似。当偏心率相同时,钢管混凝土复合柱的初始受压刚度和承载力均大于钢管混凝土格构柱,两者的初始抗弯刚度接近,但由于钢筋混凝土板在受力后期仍可有效传递截面剪力,钢管混凝土复合柱的侧向位移明显小于钢管混凝土格构柱。钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数随偏心率的变化情况与钢管混凝土格构柱的基本相似。以钢管混凝土格构柱的基本计算式为基础,利用试验和有限元参数分析结果对其进行修正,得到钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数计算方法,折减系数的计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土柱极限承载力的统一算法研究

介绍国内外各设计规程关于钢管混凝土柱极限承载力的计算方法并进行比较分析。钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的受力性能具有共性,即长细比和偏心率对柱面内整体极限承载力的影响基本上是独立的。基于上述规律,在分析评价国内外各规程计算方法的基础上,对钢管混凝土柱极限承载力的统一算法开展研究。分别进行钢管混凝土单肢柱、哑铃形柱、格构柱的算例分析,研究结果表明,计算值与试验值吻合良好。最后提出适合工程应用的钢管混凝土柱极限承载力的统一算法,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和规程修订提供参考。     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土偏压格构柱偏心率影响试验研究

进行了5根钢管混凝土格构柱和2根空钢管格构柱偏心受压试验,试验参数为偏心率。试验研究结果表明,随着偏心率的增加,格构柱的极限承载力逐渐降低。所有试件的近载侧柱肢始终处于小偏压状态,远载侧柱肢随试件整体偏心率的增大而由小偏压发展为大偏压状态。与空钢管格构柱相比,钢管混凝土格构柱的承载力、刚度和变形能力均较大。进行了偏心率对钢管混凝土格构柱极限承载力的影响分析。最后,对钢管混凝土设计规程的计算方法进行了探讨。     

Load carrying capacity and ductility of circular concrete columns confined by ferrocement including steel bars

In order to significantly increase not only the load carrying capacity but also the ductility of existing circular concrete columns, a method to strengthen the columns with ferrocement including steel bars (FS) jacket was proposed. To evaluate the behaviour of the FS strengthening columns more objectively and thoroughly, a comparatively experimental study on uniaxial compression behaviours of concrete columns wrapt with three different confining systems, namely bar mat-mortar (BM), FS, and fibre reinforced polymer (FRP), was carried out. Fifty-one specimens were produced. The load–strain responses, failure modes, ultimate loads and ductilities of various strengthened columns were investigated. The experiment results showed that the mortar cover crack spaces of FS columns were basically equal to the wire mesh spacing, leading to the occurrence of much more cracks compared with that of BM columns. As a result, on the premise that the concrete compressive strength of the FS columns increased 30% compared with that of the BM columns, the ductility of the former reached about twice as that of the latter. When the confined concrete strength of FRP strengthened columns was similar to that of FS strengthened columns, the ductility, energy absorption capacity and deformation capacity of the former were obviously lower than those of the latter. In the light of a formula for calculating the ultimate load of concrete-filled steel tube (CFST), an empirical formula for predicting the ultimate load of the FS strengthened concrete column was proposed. The calculation results by using the proposed formula show a good agreement with the test results.