轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的试验研究

对7根轴压下L形钢管混凝土短柱(6根带约束拉杆,1根无约束拉杆)进行试验,介绍试件和试验方案的设计,分析钢板厚度、约束拉杆的直径和水平间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱极限承载力和延性的影响.试验表明,在L形钢管混凝土短柱上设置约束拉杆,可以有效地延缓钢管壁的局部屈曲,改善钢板对核心混凝土的约束效应,提高该类构件的极限承载力和延性.最后,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成1个方形和2个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,并借鉴带约束拉杆方形钢管混凝土承载力的计算公式,对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的极限承载力计算方法作初步探讨.     

带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究

通过17个圆端形钢管混凝土轴压短柱的试验,研究圆端形钢管混凝土轴压短柱在不同的截面高宽比、含钢率和构造措施的破坏特征和轴压力学性能。试验结果表明:圆端形钢管对核心混凝土具有良好的约束作用;纵向隔板或对拉杆可有效延缓钢管壁的局部屈曲;同时采用纵向隔板或对拉杆还可有效提高试件的承载力和延性。从提高该构件承载力而言,对拉杆件效果更显著;从延性角度,设置纵向隔板效果更好。采用有限元分析软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析,有限元分析结果和试验结果吻合良好。在已有矩形钢管混凝土轴压短柱承载力简化计算公式的基础上,建议了带纵向隔板的圆端形钢管混凝土轴压短柱的承载力简化计算式。当钢管壁平直段的宽厚比大于60时,建议设置纵向隔板或对拉杆。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算的

提出带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算方法.该方法考虑了轴压下矩形钢管长边、短边竖向强度的不同,同时考虑了约束拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用,且表达式简单,方便应用.应用该方法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算的简化方法

提出带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算方法。该方法考虑了轴压下矩形钢管长边、短边竖向强度的不同,同时考虑了约束拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用,且表达式简单,方便应用。应用该方法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。     

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在现有一般方形钢管混凝土轴压短柱承载力的主要计算方法的基础上,利用前期对在带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系的研究基础上推导出的带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算公式,结合实际工程应用的需要进行简化。分别应用该公式、EC4(1996)规范及我国军用标准GJB(2000)的相关公式对带约束拉杆和不带约束拉杆的方形钢管混凝土轴压短柱试件极限承载力进行计算。计算值与试验值对比表明:对一般方形钢管混凝土轴压短柱试件,三者计算结果比较接近,均能较好反映试件的真实承载力;对设置了约束拉杆的试件,该公式由于考虑了拉杆的约束作用,给出的计算结果更为合理,EC4(1996)及GJB(2000)给出结果的均值与试验值接近,但离散性偏大。     

带约束拉杆方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

进行了10个带约束拉杆和5个不设约束拉杆方形钢管混凝土短柱轴心受压构件的试验研究。主要研究参数为约束拉杆直径和间距、钢管厚度、钢材强度等。试验研究表明,在轴心压力作用下,方形钢管混凝土短柱在设置了约束拉杆后,能有效改善横截面周边中部钢管对核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生失稳性的局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使方形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性均有较大幅度的提高。同时,应用现有规范及规程有关方形钢管混凝土承载力计算公式,对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,计算结果与试验结果相比较为保守。     

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在试验的基础上,分析了带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的受力机理,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,提出了轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的承载力计算公式,并结合试验数据确定了计算公式中的参数。用建议计算公式对有关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数,进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等,并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力;带约束拉杆试件的极限位移角在1/19~1/50之间,位移延性系数在3.28~6.25之间;破坏时的等效黏滞阻尼系数在0.3以上;增加轴压比降低了试件的延性;减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能;保持截面宽度不变,增加截面长宽比,可提高试件承载力,但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。     

带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙,通过对6个剪跨比为2.0、轴压比为0.6的此类剪力墙试件的低周往复加载试验,研究试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、位移延性系数和耗能等抗震性能。结果表明：带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能良好,6个试件的屈服位移角平均值为1/147,极限位移角平均值为1/48,位移延性系数平均值为3.57;减小约束拉杆间距和采用梅花式布置约束拉杆的方式,能更好地对钢板和混凝土提供约束,延缓钢板局部屈曲,增大混凝土的极限变形能力,提高剪力墙承载力、延性和耗能能力,减缓承载力退化和刚度退化,改善剪力墙抗震性能。     

双层钢板混凝土组合剪力墙滞回性能研究

为研究双层钢板混凝土组合剪力墙的滞回性能,对4个剪跨比为2.5的组合剪力墙试件进行了拟静力加载试验;通过改变约束拉杆和加劲肋的间距,研究其在往复水平荷载作用下的破坏机理、滞回性能;选用地震分析软件OpenSees建立了双层钢板混凝土组合剪力墙的纤维模型,进行了低周反复荷载作用下的非线性分析。结果表明:该种剪力墙的破坏形态为墙底部截面钢板被压曲,核心混凝土被压碎的弯曲型破坏;在轴压比相同条件下,设置加劲肋试件的抗震性能优于设置约束拉杆的试件,且随着约束拉杆和加劲肋间距的减小,试件的变形能力增加,表现出较好的耗能能力;纤维模型计算得到的抗弯承载力、延性系数与试验值之间误差较小,纤维模型能较好地模拟剪力墙的抗震性能;随着轴压比的增大,剪力墙的极限承载力有所提高,而变形能力有明显的下降;随着混凝土强度的增加,剪力墙的承载力提高,变形能力减小;随着钢板厚度的增加,剪力墙的承载力和变形能力都明显增加。     

Restraint mechanism and bearing capacity calculation of steel- concrete composite square columns with internal spiral bars

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱（简称“方柱”）内置螺旋筋的约束增强机理，明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律，设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验，观察了方柱的破坏过程，揭示了其约束增强机理，对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律，提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”，提升组合柱的承载力和变形性能，但对轴压刚度无明显增益效果；增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性，且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著，其次是减小螺旋筋间距，再次是增大螺旋筋直径；组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓，且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱；结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

钢-混凝土组合方形截面柱内置螺旋筋约束增强机理及承载力计算

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱(简称“方柱”)内置螺旋筋的约束增强机理,明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验,观察了方柱的破坏过程,揭示了其约束增强机理,对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律,提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”,提升组合柱的承载力和变形性能,但对轴压刚度无明显增益效果;增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性,且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著,其次是减小螺旋筋间距,再次是增大螺旋筋直径;组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓,且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱;结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

内嵌钢筋外包CFRP布复合加固矩形截面木柱轴压性能试验研究

为研究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固木柱的轴压性能，对27根方形截面木柱和9根矩形截面木柱试件进行了轴心受压试验，主要考虑了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式和截面形状等影响因素，观察了试件的破坏全过程及破坏形态，获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线，进而分析了各影响因素对木柱轴压性能的影响。研究结果表明：复合加固木柱的承载力和延性均高于单独CFRP布加固及嵌筋加固柱，采用内嵌钢筋外包CFRP布复合加固能显著提高原木柱的承载力和延性；随着钢筋加固量的增加，加固木柱试件的承载力和延性都显著提高；当CFRP布由间隔包裹变为全包时，加固木柱试件的延性有所增大，但承载力增长并不显著；在同种加固方法情况下，方形截面试件较矩形截面试件具有更高的承载力，而矩形截面试件较方形截面试件具有更好的延性。     

带预应力约束拉杆R-CFT短柱轴压性能试验研究

为了解约束拉杆预拉力对矩形钢管混凝土短柱受力性能的影响,进行了3个带预应力约束拉杆短柱轴压试验和另外2个对比试验,对比试验试件中1个不带约束拉杆,1个带普通约束拉杆。预应力约束拉杆和普通约束拉杆均由M20高强度螺栓组成,作为普通约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前与钢管壁焊接成一体;作为预应力约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前通过扭紧螺帽产生预拉力,然后与钢管壁焊接成一体,由拉杆预拉力对钢管壁和核心混凝土进行预压。试验结果表明,设置约束拉杆后,构件的承载力提高,轴向变形能力增强;与普通约束拉杆相比,预应力约束拉杆能减小构件最大荷载时的变形,但对构件承载能力和后期变形能力影响不大;减小预应力约束拉杆的横向间距,可有效减小构件最大荷载时的轴向变形,提高构件前期刚度,但对构件承载力影响不明显;在截面宽度和拉杆数量不变的情况下,随着截面长宽比的增加,构件后期变形能力减小。     

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。     

轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究

为研究轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,完成了5个缩尺模型试件的拟静力试验。研究结果表明：试件破坏时底部墙体钢板均受压屈曲,其中低剪跨比（剪跨比为1.0）试件出现典型的剪压破坏现象,而中高剪跨比（剪跨比为1.5~2.0）试件出现典型的压弯破坏现象;高轴压比、低剪跨比的带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙仍具有良好的承载力、变形及耗能能力;增大轴压比可提高试件的承载力,但其变形和滞回性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,耗能能力有所下降,而延性和承载力退化变化不明显。