圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴心受力性能进行理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算钢管对核心型钢混凝土的约束应力,推导出圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴压承载力公式;并对影响因素进行分析。将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,结果吻合较好,说明统一强度理论对于圆钢管约束型钢混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性,可为圆钢管约束型钢混凝土柱的分析计算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。     

配筋圆钢管混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对配有纵向钢筋和箍筋的圆钢管混凝土短柱轴心受压时的受力性能进行了分析;考虑了钢管和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了配筋圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;分析了中间主应力、钢管径厚比和体积配箍率对承载力的影响.将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,二者吻合较好.结果表明:统一强度理论对于配筋圆钢管混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性,为配筋钢管混凝土柱的分析计算提供了一定的理论依据.     

圆钢管高强混凝土叠合短柱轴压力学性能研究

为研究圆钢管高强混凝土叠合短柱轴压力学性能,对该类构件进行了试验与有限元研究.通过试验获得了其破坏全过程及荷载应变曲线;基于有限元模型,重点分析了轴压全过程下钢管混凝土部件和钢筋混凝土部件的承载力分配,以及钢管与混凝土之间的接触作用.结果表明:试件破坏形态表现为混凝土保护层压溃剥落与钢筋屈服;钢管混凝土部件在轴压过程中...     

高强圆钢管混凝土短柱轴心受压试验研究

采用壁厚约为16 mm,强度等级为550 MPa的高强钢材,卷板并焊接制作3根圆钢管短柱,高度约为1 m,外直径约为550 mm。在钢管内填充C30强度等级混凝土,用4 000 t压力机对其进行轴心受压试验,并记录受力全过程曲线。运用3种规范的计算公式分别计算其承载力,并与试验结果进行对比。试验发现:3根高强圆钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线非常接近,极限承载力约为30 000 k N,公式计算的承载力与试验结果吻合。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

圆钢管再生混凝土短柱承载力试验研究

为了解圆钢管再生混凝土短柱的承载力性能,对11根试件进行轴压承载力试验,考虑的主要因素包括废弃混凝土掺入量、废弃混凝土强度、膨胀剂掺入量和钢筋配置情况。试验结果表明:在再生混凝土中掺入同强度的废弃混凝土,掺入量达50%时,试件的轴压承载力下降较小,幅度在5%以内;掺入较低强度等级的废弃混凝土,掺入量为30%,试件承载力下降超过10%;膨胀剂掺入量达水泥用量的10%时,试件承载力提升较明显;试件中配置纵向钢筋,利于构件承载力的提高。最后提出了承载力实用计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

配圆钢管钢骨混凝土柱轴压承载力计算及径厚比分析

通过考虑外围混凝土和箍筋对钢管以及核心混凝土的约束作用 ,根据钢管屈服推导出钢管与核心混凝土的实际受压极限强度 ,并建立配圆钢管钢骨混凝土柱轴压承载力计算公式 ,其计算值与试验结果吻合良好。在此基础上分析了钢管径厚比与承载力之间的关系 ,提出一些有用的建议 ,可供设计参考     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

Behavior and strength of circular tube confined reinforced-concrete (CTRC) columns

An experimental investigation was conducted on the behavior of circular tube confined reinforced-concrete (CTRC) columns. Eighteen CTRC stub columns were tested under cyclic or monotonic axial compression. The results of the elastic-plastic analysis on the steel tubes indicate that the steel tube yields at the peak load point in the stub columns under axial compression. In addition, a design equation to calculate the axial load strength of CTRC columns is proposed. A total of five columns including one circular reinforced-concrete (CRC) column and four CTRC columns have been studied under combined axial compression and lateral cyclic load. The test results indicate that CTRC columns exhibit much higher flexural strength, displacement ductility and greater energy dissipation ability than CRC columns confined with hoop ties. The flexural strength increases as the axial load ratio or concrete compressive strength increases for CTRC columns, while the ductility is barely affected by the increase in axial load or concrete compressive strength. It is proposed that the moment strength of the cross section of CTRC columns can be calculated using a modified ACI code method.     

圆钢管约束超高性能混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）短柱的套箍效应和轴压承载力,进行了12根钢管约束超高性能混凝土短柱的轴压试验,分析其破坏模式、变形及受力全过程。试验结果表明：钢管约束超高性能混凝土轴压短柱破坏模式与套箍系数相关,随着套箍系数的增大,轴压短柱分别出现剪切破坏、混合破坏和腰鼓破坏;套箍系数较小（0.43~0.52）的短柱,其破坏全过程中弹塑性段较短,表现出较明显的脆性破坏,当套箍系数较大（1.21~1.80）时,短柱破坏时的塑性明显增强。基于试验验证的有限元模型,参数分析表明,钢管套箍效应产生的承载力提高系数介于1.2~1.4之间;在0.43≤ξ≤1.08范围内,承载力提高系数随套箍系数增大而增大,建议径厚比的取值范围为12.0~23.0。通过对现有钢管约束混凝土承载力计算方法分析,提出了钢管约束超高性能混凝土轴压短柱承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验研究

提出一种钢-混凝土组合剪力墙,即钢管高强混凝土剪力墙。通过20个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴心受压试验,分析其破坏形态和受力机理,研究管内外混凝土强度、截面钢管混凝土含量、纵筋配筋率、管间混凝土体积配箍率和高厚比等因素对钢管高强混凝土剪力墙轴心受压性能的影响。试验结果表明,弹性工作阶段钢管高强混凝土与外围钢筋混凝土能够协同变形、共同工作;由于钢管对高强混凝土的有效约束,管内可以采用高达C80～C100的高强混凝土,相对于普通混凝土剪力墙具有更高的轴心受压承载力;钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力是钢管间钢筋混凝土与钢管高强混凝土轴压承载力之和,钢管套箍效应的发挥程度与管间混凝土的体积配箍率相关;剪力墙在管外混凝土破坏后,仍能发挥较高且稳定的残余承载力。在试验研究的基础上,利用非线性有限元分析软件ABAQUS,建立剪力墙的力学模型并进行有限元仿真分析,并与试验结果进行对比。依据对试验结果的统计分析,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力实用计算式,可供实际工程应用时参考。     

Seismic behavior and strength of square tube confined reinforced-concrete (STRC) columns

A steel tube confined reinforced-concrete (STRC) column is an ordinary RC column where most of the lateral ties are in the form of a thin steel tube. Twenty-three square tube confined concrete stub columns were tested in this paper under cyclic or monotonic axial compression. A design equation to calculate the axial load strength of square tube confined concrete stub columns is proposed in this paper. A total of five beam-columns have been studied under combined axial compression and lateral cyclic loads. The test results indicate that the columns confined with square steel tubes exhibit much higher flexural strength, displacement ductility, and energy dissipation ability than common RC columns confined with lateral ties. Fiber models were also developed for STRC beam-columns in this paper.     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理试验研究

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：方钢管、螺旋筋、纵筋及核心混凝土四者能协同工作,各种材料强度均能充分发挥;螺旋筋在弹性受力阶段发挥的作用较小,不能延缓方钢管发生局部鼓曲,而主要在弹塑性及流塑阶段发挥约束作用,能显著提高轴压短柱的承载力和变形能力;方钢管和螺旋筋对核心混凝土形成双重约束机制,当方钢管发生鼓曲后螺旋筋能有效补充对核心混凝土的约束作用,进而改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特性。     

基于正交试验的复合钢管混凝土轴压柱影响参数分析

采用ABAQUS有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.基于有限元数值模型和正交试验表的设计方法,设计了2水平7因子的正交试验表,以复合钢管混凝土试件的轴压承载力和单位长度工程造价的比值作为其力学性能影响参数的评价指标,根据正交试验结果的极差分析,确定了复合钢管混凝土评价指标诸因素的影响程度排列.通过对不同钢管壁厚和直径的分析,得到了极限承载力和荷载-应变关系曲线的变化规律,可为进一步的复合钢管混凝土结构分析和应用提供参考.     

圆钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管钢纤维活性粉末混凝土（RPC）短柱的轴压性能,完成了7根外径219~273mm的圆钢管钢纤维RPC短柱轴压性能试验,分析了套箍系数、径厚比对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响。结果表明：套箍系数ξ在0.63~0.88时,荷载-位移曲线在峰值荷载后出现下降段,短柱呈现剪切破坏模式;当ξ≥1时,在到达峰值荷载后,荷载下降幅度明显减小或出现回升趋势,短柱呈现腰鼓形破坏模式。在达到峰值荷载的85%之前,试件处于弹性阶段,钢管纵向应变大于横向应变;弹塑性阶段,钢管横向应变增加较快,其横向变形系数超过钢管的泊松比并逐渐增大,钢管对RPC的约束作用不断增强。随着混凝土抗压强度提高,其横向变形系数减小,钢管对核心区RPC约束效果降低。     

方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验研究与分析

进行了20个方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管宽厚比(50,70和100)和混凝土强度(C50,C80)。试验结果表明：方钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对其轴压承载力和延性无明显影响。随钢管宽厚比增大和混凝土强度的提高,轴压短柱的延性降低。采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了全过程应力分析,分析结果表明,方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点并不对应钢管的屈服点,钢管在轴压短柱达到峰值荷载后屈服。根据试验结果和钢管的应力分析结果,建立了方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力计算式,试验结果与计算结果吻合良好。并提出了设计建议。图8表2参12     

圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压性能研究

通过对18根圆钢管混凝土短柱进行轴心受压试验,研究初始自应力、钢管壁厚和混凝土强度对其破坏形态、荷载-位移曲线、承载力和变形能力等的影响。试验结果表明：初始自应力对圆钢管自应力自密实混凝土短柱的破坏形态影响不明显,在轴心荷载作用下,所有短柱均为剪切破坏;初始自应力可显著提高圆钢管自应力自密实混凝土短柱的轴压刚度和承载力,其中承载力提高幅度可达27.5%;初始自应力会导致圆钢管自应力自密实混凝土短柱的变形能力明显降低,极限位移和破坏位移大幅减小;钢管壁厚和混凝土强度对圆钢管自应力自密实混凝土短柱承载力的影响幅度受初始自应力的影响。最后,考虑初始自应力的影响,建立圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。