钢管高性能混凝土轴压短柱的静力性能(Ⅰ):试验研究及有限元模拟

对钢管高性能混凝土轴压短柱的静力性能展开研究,以便给辽宁省地方标准的编制提供依据。通过18个试件(内填自密实混凝土的立方试块抗压强度标准值为96 MPa)的静力试验,研究试件的破坏模态,发现高性能混凝土具有良好的塑性填充性能,构件的破坏属于强度破坏;分析轴力-钢管纵向应变曲线,发现该曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段。应用有限元法模拟试件的轴力-钢管纵向应变曲线,模拟结果与试验结果吻合良好。     

钢管高性能混凝土压弯构件的静力性能(Ⅱ):机理分析及承载力

为配合辽宁省地方标准《钢管混凝土结构技术规程》的编制,对钢管高性能混凝土压弯构件中钢管和混凝土应力、应变等的分布规律展开研究。对钢管与混凝土相互作用力的研究表明,圆试件受压区的约束力较大,方试件钢管角部区域的相互作用力最大。所有试件中截面受压区的相互作用力最大。黏结强度和加载路径对钢管高性能混凝土压弯构件的静力性能影响都不大。普通钢管混凝土压弯构件的承载力计算式同样适用于钢管高性能混凝土压弯构件的承载力计算。钢管高性能混凝土压弯构件与普通钢管混凝土压弯构件在静力性能方面并无本质区别。     

钢管混凝土短柱轴压性能研究

文章针对钢管混凝土短柱的轴压性能开展了研究,首先建立了数值分析模拟,通过某实际钢管混凝土短柱的轴压试验验证了有限元模型的可靠性。然后分析了钢管厚度、钢材等级、混凝土强度、配筋率对钢管混凝土短柱轴压承载力和延性的影响,最后采用各国规范对钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了评价。研究结果表明：钢管厚度、钢材等级、混凝土强度、配筋率均可以提高钢管混凝土短柱的轴压承载力,但钢管厚度和钢材等级的提升效果更为明显。钢管厚度和配筋率可以提升延性,钢材等级和混凝土强度导致延性变差。其中,配筋率对延性的改善最为有效。目前各国规范关于轴压承载力的计算方法均过于保守,美国规范更接近于试验值。     

钢管高性能混凝土受弯构件的静力性能(Ⅱ):机理分析及承载力

研究钢管高性能混凝土受弯构件中钢管和混凝土应力、应变等的分布规律。对钢管与混凝土相互作用力的研究表明,圆钢管对混凝土有很好的约束作用,方试件的相互作用力主要集中在弯角区域,平板区域的相互作用力很小。黏结强度对于试件的弯矩-曲率曲线基本没有影响。普通钢管混凝土受弯构件的承载力计算式同样适用于钢管高性能混凝土受弯构件的承载力计算。钢管高性能混凝土受弯构件与普通钢管混凝土受弯构件在静力性能方面并无本质区别。     

基于ANSYS的钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用大型通用有限元软件ANSYS对钢管混凝土短柱的轴压全过程进行了数值模拟,得到构件轴向受压的荷载—应变关系,并与已有文献中的试验结果进行了比较,结果表明,ANSYS的计算结果与试验结果基本吻合,指出利用有限元软件分析钢管混凝土构件的可行性和可信性。     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。     

钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对6根钢管再生混凝土短柱及3根普通钢管混凝土短柱进行轴压试验,研究不同长径比和再生骨料取代率对钢管再生混凝土短柱轴压力学性能的影响。研究结果表明:钢管再生混凝土短柱的变形破坏形式与普通钢管混凝土短柱相似;随再生骨料取代率及长径比的增加,钢管再生混凝土短柱的极限承载力下降。基于试验验证普通钢管混凝土短柱极限承载力计算方法对钢管再生混凝土短柱的适用性,计算值与试验值吻合较好。     

椭圆钢管混凝土轴压短柱承载力计算方法

椭圆钢管混凝土作为钢管混凝土构件家族的新成员,以其灵动轻盈的建筑外形和独特卓越的抗弯性能,受到越来越多建筑师和结构工程师的青睐.为了研究椭圆钢管混凝土轴压短柱承载力,总结了国内外学者关于椭圆钢管混凝土轴压短柱的研究成果,介绍了既有研究提出的承载力计算公式,运用既有承载力公式对既有试验研究文献中的椭圆钢管混凝土轴压短柱进行计算,并与试验结果进行比较,分析了各个公式的计算精度,给出了实际工程应用的建议.     

钢骨-钢管混凝土轴压短柱承载力研究

把钢骨-钢管混凝土组合柱视为一个新型组合材料的统一体,结合试验成果,分析轴压短柱承载力的影响因素,提出影响组合柱承载力和延性的因素,即约束指标,提出钢骨-钢管混凝土轴压短柱的承载力公式。     

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。     

矩形钢管混凝土短柱轴压承载力神经网络评估

人工神经网络在信息处理和计算方面优于传统方法 ,它不但具有一般的计算能力 ,还可以通过学习和记忆而获得知识进行推理 ,找出输入、输出、变量之间的关系从而得出结果。由于对矩形钢管混凝土的研究不够深入 ,故各种因素对矩形钢管混凝土短柱承载力的影响难以确定。探讨了用人工神经网络理论预测矩形钢管混凝土轴心受压构件强度承载力的可行性 ,在矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力试验的基础上 ,训练了一个三层 BP网络模型 ,并对矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力进行了预测 ,从而为承载力的评估提供了一种不同于传统思路的新方法。     

单肢钢管混凝土轴压短柱的稳定承载力研究

通过建立有限元ANSYS模型,与大量实验数据相对比,研究不同影响因素对其极限承载力影响的变化规律,并最终推导单肢钢管混凝土轴压短柱稳定承载力计算公式,以期为钢管混凝土结构工程设计提供指导。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力影响因素分析

在确定钢材的本构关系和核心混凝土的本构关系的基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了轴压荷载下方钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系;通过算例分析了钢材强度、混凝土强度、宽厚比和套箍系数对方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线的影响。分析结果表明：混凝土强度等级对构件的荷载-变形曲线的形状影响不大,但随着混凝土强度的提高,构件的承载力有所提高;随着钢材强度的提高,构件承载力也提高。但承载力提高的百分率随着钢材强度的提高而降低。随着宽厚比的减小,构件的承载力提高;套箍系数对构件的承载力有着较大的影响,改变套箍系数会影响构件的荷载-变形关系曲线的形状。     

钢管混凝土核心短轴压承载力计算公式研究

针对钢管混凝土核心柱承载力计算方法较多的问题,在对钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法归纳总结的基础上,通过与试验结果比较和理论分析,提出了较为合理、实用和准确的轴压承载力计算方法。     

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP-方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论对CFRP-方钢管混凝土轴压短柱进行受力分析,并引入等效应力系数、混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将CFRP-方钢管混凝土转化为CFRP-圆钢管混凝土,进而建立了CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。将所得理论公式的计算结果与文献资料数据进行对比,验证了该公式的正确性,并进行了影响因素分析。结果表明:随材料拉压比、统一强度理论参数和CFRP厚度的增加,CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力不断增大,但CFRP的约束效率却随其厚度的增加在减小;所得结论可为CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的设计、施工及推广提供一定的理论依据。     

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。     

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。     

内填料石钢管混凝土短柱轴压性能研究及承载力计算

为合理重复利用废弃石材,将抗压强度高、脆性强的石材置于钢管混凝土柱(CFST)中部,利用钢管的约束充分发挥石材的抗压强度并延缓其压溃,形成内填料石钢管混凝土(SCFST)柱。为研究SCFST短柱的轴压受力机理,采用通用有限元软件ABAQUS建立SCFST短柱精细化3D有限元模型,并利用已经完成的18根SCFST短柱和6根传统钢管混凝短柱试件的破坏形态和荷载-变形关系试验结果对模型的可靠性进行验证。通过验证后的有限元模型,分析SCFST短柱各部件之间的相互作用及荷载分配规律。在此基础上,进一步开展系统的参数分析,研究内填料石尺寸、钢管壁厚、钢管屈服强度和混凝土强度等参数对SCFST柱轴压性能的影响规律。研究结果表明,不同部件间的相互作用随钢管壁增厚和混凝土强度提高而增大,受内填石料尺寸的影响较小。提出了适用于SCFST短柱的轴压承载力计算式,在研究参数范围内计算式具有较好的计算精度。     

冻融循环后圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

对冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的受力性能进行试验研究,以钢管壁厚、冻融循环作用次数以及混凝土强度等级为设计参数。试验中分析了冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的轴压破坏现象、荷载-位移曲线以及应力-应变曲线等。试验结果表明：经冻融循环作用后的圆钢管混凝土短柱的轴压破坏形态与相应未经冻融循环作用短柱类似;减小圆钢管混凝土短柱的径厚比可提高其在冻融环境下的轴压承载力;提高混凝土强度等级能增加圆钢管混凝土短柱的初始刚度;冻融循环对圆钢管混凝土短柱的轴压承载力影响较小;预测圆钢管混凝土可适用于遭受冻融作用的地区。根据试验结果,提出了圆钢管混凝土经冻融循环后的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。