薄壁不锈钢管-钢骨混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究薄壁不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱的轴压力学性能,以含钢率和混凝土强度为试验变量,设计了6个薄壁不锈钢管混凝土组合短柱,包含4个不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱,2个不锈钢管混凝土组合短柱对比试件。通过不锈钢管组合短柱轴压性能试验结果,分析各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力及应变特征,并研究了不同变量对极限承载力及残余承载力的影响规律。研究结果表明:不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱具有较高的承载能力和较好的延性;含钢率对试件承载力影响较大,随着含钢率增大,试件承载力显著提高;混凝土强度的提高也显著提高了试件的承载力。采用欧洲EC4、中国GB 50936标准及相关学者提出的理论计算式计算了不锈钢管-钢骨混凝土组合短柱的极限承载力,结果表明:考虑钢管及钢骨双重约束效应的理论计算式能较为准确地预测不锈钢管-钢骨混凝土柱承载力。     

H形钢部分包裹混凝土组合中长柱轴心受压承载力试验研究

为了研究H形钢部分包裹混凝土(PEC)组合中长柱的极限承载力,用Q235B和Q345两种钢材制作12个PEC中长柱,对其进行轴心受压承载力试验,试验主要考虑含钢率、混凝土强度等因素。研究分析了焊接H形钢部分包裹混凝土组合中长柱的轴心受压极限承载力、荷载-位移曲线,对试件的承载力和稳定系数进行了理论和试验结果的对比。结果表明:焊接H形钢部分包裹混凝土组合中长柱的破坏模式有混凝土被压碎、柱整体弯曲、柱翼缘局部屈曲;在试验长度范围内,PEC柱承载力的影响因素主要有含钢率和混凝土强度等级,含钢率越大承载力越高,高强度混凝土可以大幅提高PEC柱的承载力;按照叠加原理公式计算的PEC柱承载力基本都低于试验极限承载力,试验得到的整体稳定系数都高于按《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)得到的稳定系数,偏于安全;高强度钢和低强度等级混凝土不能很好地发挥协同作用,低强度等级混凝土只起到填充作用,强度发挥很小。     

FRP管型钢混凝土组合短柱试验研究

通过12根FRP管型钢混凝土组合短柱进行了轴压试验,研究了含钢率、混凝土强度及FRP管壁厚等对组合柱的受力性能影响。试验结果表明:FRP管型钢混凝土短柱受压破坏区为端部1/3范围处,试件破坏时未出现倒塌现象;组合柱承载力随着试件含钢率的增加而增加,变化幅度较为明显;组合短柱承载力随着FRP管壁厚的增加而增加,壁厚的变化对内部型钢的受力影响较小;随着混凝土强度的增加,试件的承载力增加。     

矩形钢管混凝土偏压短柱承载力试验研究

制作了10个相同含钢率的矩形钢管混凝土短柱,按不同的偏心率进行加载试验,研究了相同含钢率条件下矩形钢管混凝土短柱的承载力与偏心率间的关系.结果表明,矩形钢管混凝土短柱在加载过程中具有较好的塑性,随着偏心率的增大,构件极限承载力明显下降,试验结果与承载力理论计算结果进行了比较,二者基本一致.     

钢管玄武岩纤维混凝土短柱轴压性能试验研究

采用正交试验设计方法,对9根钢管玄武岩纤维混凝土短柱进行轴心受压试验,研究玄武岩纤维掺量、含钢率和混凝土强度三个因素对短柱轴压性能的影响。试验结果表明:试件含钢率对其承载力影响显著,纤维掺量次之,混凝土强度影响不明显;混凝土强度等级为C60、纤维掺量为0.1%和钢管壁厚为6 mm时的承载力均比同因素下其他水平对应的值高;适当掺入玄武岩纤维可提高短柱承载力;随着含钢率的增加,短柱承载力与延性均有增大。     

带肋薄壁方钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究带肋薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能,以钢管宽厚比、含钢率和加劲肋个数为参数,设计了26个薄壁方钢管混凝土短柱,主要分析了带肋钢管混凝土短柱的极限承载力,破坏形态以及各参数对其受力性能的影响规律。试验结果表明:设置加劲肋不仅能提高试件纵向承载力,而且有效减缓钢管壁的局部鼓曲。随着试件含钢率即加劲肋高度的增加,试件承载力和管壁稳定性有增加的趋势。     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

钢-竹组合箱形短柱力学性能研究

为研究钢-竹组合箱形短柱的力学性能,制作8组16个钢-竹组合柱试件,以截面尺寸、钢板厚度、有无螺钉以及螺钉间距为参数,进行轴心受压试验,观测不同参数下组合柱钢板和竹板的荷载-应变关系以及破坏特征,得到组合柱的延性系数、屈服承载力以及极限承载力,并根据组合柱钢材和竹材的荷载-应变关系,提出组合柱屈服承载力计算公式。研究结果表明:钢-竹组合箱形短柱具有良好的力学性能,截面尺寸和钢板厚度对组合柱的承载力和延性有明显的影响;是否打螺钉以及螺钉间距对组合柱承载力及延性的影响不明显,布置螺钉能够有效抑制组合柱受力过程中竹材的凸屈,提出的组合柱屈服承载力计算结果与试验值吻合良好。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管混凝土柱的受力性能,以长细比、含钢率为变化参数,经过对5组10个圆钢管混凝土短柱及中长柱的试验研究,试验结果表明:钢管混凝土短柱构件的破坏模式为材料强度破坏,所有试件荷载-轴向位移曲线的变化趋势基本类似,钢管混凝土轴压试件的极限承载力随长细比的增大而降低;在长细比20以后,钢管混凝土破坏形态由材料破坏转为弹塑性失稳破坏,长细比56的中长柱试件发生明显的失稳破坏;钢管混凝土柱的极限承载力随含钢率增大而增大,但在不同长细比下影响幅度不同。     

冷弯薄壁钢柱在一致升温情况下的失效分析

采用ANSYS软件对在一致升温情况下的冷弯薄壁短柱进行有限元数值模拟分析。分析结果表明:随着温度的升高,理想短柱的极限承载力的退化速度高于材料极限强度的下降速度,低于钢材弹性模量高温软化速度。研究表明:柱截面的宽厚比影响柱在高温下的极限承载力退化速度;长细比对柱影响较小。通过对比初始局部缺陷柱与理想柱的极限承载力,得到了升温过程中具有初始局部缺陷柱相对于理想轴压柱的极限承载力修正系数曲线。对于求出的柱高温下极限承载力退化系数曲线,给出了冷弯薄壁短柱抗火设计和验算方法。     

配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压力学性能

为研究配有钢纤维活性粉末混凝土（RPC）免拆柱模的钢筋混凝土短柱的轴压力学性能与钢纤维RPC免拆柱模对核心钢筋混凝土短柱轴压承载力的提高效果,对2根配有不同壁厚钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土方形短柱和用于对比的1根普通钢筋混凝土方形短柱进行了轴压试验研究;采用有限元模型对试验结果进行了验证,根据试验结果及有限元分析结果,探讨了配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:钢纤维RPC免拆柱模显著提高了钢筋混凝土短柱的极限承载力,且延缓了纵筋的屈服;随免拆柱模壁厚的增加,钢筋混凝土短柱轴向变形随之减小,极限承载力随之提高,延性也相对提高;免拆柱模不但限制了钢筋混凝土短柱在轴向压力作用下的侧向变形,而且间接减小了轴向变形;有限元计算结果与试验结果吻合良好,该计算方法可为工程实践提供参考。     

钢管超高强混凝土长柱及偏压柱的性能与极限承载能力的研究

本文报导了钢管超高强混凝土长柱和偏压柱的试验研究工作。长柱试验研究结果表明,钢管超高强混凝土长柱的承载能力和极限纵向变形率随长细比Ｌｅ／ Ｄ的增大而下降,在所研究的 Ｌｅ／ Ｄ范围内,所有的钢管超高强混凝土长柱都有一定的延性,但延性随Ｌｅ／Ｄ的增大而降低。普通钢管混凝土长柱的承载能力考虑长细比影响的折减系数计算公式也适用于钢管超高强混凝土长柱。偏压柱试验研究结果表明,在偏心率为０．２２～０．６５范围内,加载后所有偏压柱试件横向无明显的外形变化。在相同的长细比下,随着偏心率的增加,试件的承载能力降低,极限纵向变形率降低,但总体来说,偏压短柱的纵向变形率比轴压短柱的极限应变要大一些。在相同的偏心率下,长细比越大,试件的承载能力和纵向变形率也越低。钢管超高强混凝土耐偏压能力等于或优于普通钢管混凝土偏压柱。经过适当修正的普通钢管混凝土偏心率折减系数可以用于钢管超高强混凝土偏压柱承载能力计算。     

PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力统一解

对于特定的PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱,考虑混凝土榫形成的剪力键提供的有效作用,对PBL加劲肋进行受力分析.引入混凝土有效约束系数,采用统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式,并对其影响因素进行了分析.将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了所给公式的正确性.研究结果表明,PBL加劲型方钢管混凝土短柱的轴压承载力随双剪统一强度理论参数b、混凝土内摩擦角、加劲肋的宽度和厚度的增大而提高.所得结果可以为PBL加劲型方钢管混凝土短柱轴压承载力的研究提供参考.     

钢管煤矸石混凝土轴压短柱极限承载力计算方法研究

为促进煤矸石在钢管混凝土结构中的应用,选取辽宁地区的煤矸石作为粗骨料,开展6根钢管混凝土和12根钢管煤矸石混凝土短柱轴压试验。根据构件破坏形式与荷载-应变曲线讨论材料强度、钢管约束和取代率对构件轴压承载力的影响规律,进行了设计参数与承载力的相关性分析,在此基础上,讨论规范GB 50936—2014和规程T/CECS 625—2019中的轴压短柱极限承载力计算方法对钢管煤矸石混凝土的适用性,给出圆钢管煤矸石混凝土短柱极限承载力计算公式的建议修正系数。结果表明:轴向压缩试验下构件呈现出局部鼓曲与剪切破坏形态; 与钢管普通混凝土短柱相比,钢管对核心煤矸石混凝土具有更好的横向约束效应; 相同取代率下提高套箍系数与含钢率将显著提升构件承载力,构件的轴压承载力随煤矸石取代率提升而降低,但最大降低幅度未超过11%:煤矸石粗骨料对承载力的相关系数为-0.33且不具有显著性; 现有的规范GB50936—2014和规程T/CECS 625—2019中相关计算方法适用于钢管煤矸石混凝土短柱,引入修正系数后承载力计算的平均相对误差在3%以内。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

配有圆钢管的钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力计算（Ⅰ）

针对钢管混凝土核心短柱轴压状态,采用汉基塑性全量理论对钢管进行极限承载力分析,得到屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,同时对核心混凝土采用Drucker-Prager屈服准则进行钢管约束下的承载力的计算分析.考虑配箍率对极限承载力的影响,提出了不同配箍率下的钢管混凝土核心短柱的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供一种新的方法.     

型钢混凝土短柱的粘结性能与极限承载力

通过16个型钢混凝土短柱试验,分析了型钢-混凝土的粘结机理,探讨了配箍率、混凝土强度、混凝土保护层厚度等因素对轴心受压短柱粘结性能和极限承载力的影响。通过编程建立有限元模型,可为型钢混凝土轴压柱极限承载力和粘结强度的计算提供参考。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。