钢管混凝土短柱的抗震性能和抗剪强度分析

钢管混凝土短柱在地震中易遭受脆性剪切破坏。为评估圆形或方形钢管短柱的性能,对轴向恒载和侧向往复荷载组合作用下的8个短柱构件进行了测试。测试的构件包括3个圆形钢管柱和3个方形钢管柱,另外2个为普通钢筋混凝土短柱(其中一个为圆形柱,另一个为方柱)。试验结果表明:普通钢筋混凝土短柱在遭受脆性剪切破坏时延性很差,但由于外层薄钢管对核心混凝土的包裹作用,使得钢管混凝土短柱的延性明显增强。圆形钢管混凝土短柱的侧向承载强度随着轴向加载率的增大而增大,但轴向加载率对其塑性变形能力的作用不大。对于方形钢管混凝土短柱,抗剪强度会随着轴向加载率的增大而增大,但塑性变形能力会随着轴向加载率的增加而减小。钢管混凝土短柱中,圆形钢管比方形钢管能更有效地防止核心混凝土发生剪切破坏。基于试验和分析结果,采用了改进的ACI设计方法来计算方形和圆形钢管柱的名义抗剪强度。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

对 8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究 ,柱的长宽比为 1 4～ 40 ,管壁板件的宽厚比为 67～ 1 2 5。试验结果表明 ,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏 ,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏 ,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上 ,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数 ,在上述长宽比的范围内 ,公式计算值与试验结果吻合良好     

轴力作用下钢管短柱的性能和强度分析

对轴力作用下钢管短柱的性能和强度进行了试验和数值分析。对包括20个圆形和方形钢管混凝土短柱在内的40个构件进行了试验,以分析其在轴压作用下的破坏模式和轴向承载强度。同时也对管的径(宽)厚比和混凝土的抗压强度的影响进行了分析。对钢管混凝土柱中管的高径(宽)比的影响进行分析,以探究钢管和混凝土之间的粘结和摩擦对钢管混凝土柱性能的影响。利用钢管的弹塑性分析研究轴压下短柱的受力机制。提出了公式用以预测钢管混凝土短柱的极限轴向承载强度,并将预测结果与试验结果进行了对比。     

薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过 2 6根圆形、方形和八边形薄壁钢管混凝土短柱的轴压试验 ,研究了不同截面形状、宽 (径 )厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数对薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高 ,与常规壁厚的钢管混凝土短柱的轴压破坏模式相比也有较大的变化。通过试验数据的回归分析 ,提出了薄壁钢管混凝土短柱极限轴心抗压承载力的实用计算公式 ,探讨了短柱的截面形状、宽厚比、混凝土强度等级、含钢率等因素对其受力性能的影响     

长期荷载作用对钢管约束的组合短柱变形及承载力的影响

为研究长期荷载作用对钢管约束钢管混凝土柱、钢管约束钢筋混凝土柱和钢管约束型钢混凝土柱变形和承载力的影响,设计并制作了12个钢管约束钢管混凝土短柱、9个钢管约束型钢混凝土短柱和6个钢管约束钢筋混凝土短柱试件,对其中的4个钢管约束钢筋混凝土短柱、6个钢管约束型钢混凝土短柱和8个钢管约束钢管混凝土短柱进行了760 d的持荷试验,随后对所有试件进行了轴压承载力试验。主要研究参数混凝土强度等级为C50和C70,加载时核心混凝土龄期分别为7,14,28 d。对比分析了各类试件长期变形性能和持荷760 d对试件轴压性能的影响,结果表明：1)3类试件的长期变形均主要发生在加载前期,呈现出前期增长较快、后期随时间增长而逐渐减慢的趋势,其中钢管约束钢管混凝土试件的长期变形最小;2)低应力长期荷载作用、核心混凝土及夹层混凝土的长期变形对此3类试件的轴压承载力几乎无影响;试件类型、加载龄期和混凝土强度等级对试件承载力的影响较小;3)是否预先受载对试件破坏模式没有显著影响,钢管约束钢筋混凝土和钢管约束型钢混凝土试件均表现为明显的剪切破坏,而加载龄期较早或混凝土强度中等的钢管约束钢管混凝土试件呈现较好的腰鼓型截面...     

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。     

方管钢筋混凝土柱的抗震性能和强度研究

钢管钢筋混凝土(STRC)柱是一种由薄壁钢管构成横向约束作用的普通钢筋混凝土柱。对23个方管混凝土短柱进行了循环或者单向轴压试验,并提出计算该类柱轴向承载强度的公式。此外,还对5个梁柱组合结构进行了轴向压力和水平循环荷载作用下的试验分析。试验结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,方形钢管柱具有更高的挠屈强度、位移延性和耗能能力。并同时提出了用于分析STRC梁-柱的纤维模型。     

方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱抗震性能试验研究

本文进行3个剪跨比为1.5的方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱和1个钢筋混凝土对比试件的试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明,由于钢管对核心高强混凝土的约束作用和钢管的抗剪作用,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、变形能力和耗能性能明显高于钢筋混凝土超短柱。轴压为0.35的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.45和0.55的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为剪切破坏。随轴压比的提高,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力提高,但延性系数和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管可能在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立方钢管约束钢筋混凝土柱的抗剪承载力公式,提出设计建议,可为工程实践提供参考。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验研究

钢管约束钢筋混凝土短柱具有优越的延性和弹塑性层间变形能力,因此在转换柱中应用时可显著提高转换结构的整体抗震性能。对大连中国石油大厦外筒的钢管约束钢筋混凝土转换短柱进行了抗震性能模型试验,模型比例为1∶6。试验中的主要参数为轴压比、剪跨比和对拉钢筋设置。试验结果表明,钢管约束混凝土短柱中,钢管对核心混凝土的有效约束限制了核心混凝土剪切破坏的产生,改变了钢筋混凝土短柱在水平地震作用下的剪切脆性破坏模式。在抗震工程中采用钢管约束钢筋混凝土柱可有效提高钢筋混凝土框架短柱的延性、弹塑性层间变形能力和耗能性能,从而显著提高结构的整体抗震性能。     

劲化方形截面钢管混凝土短柱轴压试验研究

采用劲化方形截面钢管混凝土柱可以有效地提高柱钢管壁的侧向刚度,增强其抵抗局部屈曲的能力和改善对核心混凝土的约束作用。通过普通方形截面钢管混凝土柱和劲化方形截面钢管混凝土短柱的轴压试验,对柱的轴压破坏形态、轴力-变形特征、钢管应变等进行了分析。结果表明：劲化带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,明显提高了方形截面钢管混凝土柱的轴压承载力和变形能力。根据劲化方形截面钢管混凝土短柱的受力分析,提出了轴压承载力计算式,计算结果和试验结果吻合良好。     

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     

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。     

钢管约束钢筋混凝土柱受剪承载力计算

目前,针对钢管约束钢筋混凝土柱的受剪承载力的计算,有多种分析模型和计算方法,基于这些方法的计算结果,当钢管宽/径厚比、剪跨比、轴压比和混凝土强度等重要参数在一定范围内时与试验结果吻合较好,但对于较大参数范围内的试验结果,这些计算模型与方法的有效性尚不明确。在已收集到的方形和圆形截面钢管约束钢筋混凝土柱的剪切破坏试验结果的基础上,对国内外现有的将钢管完全等效为箍筋的受剪承载力计算方法和基于经验算式的计算方法的适用性进行了验证。结果表明:基于规范ACI 318-14或GB 50010—2010将方钢管完全等效为箍筋的计算方法在方钢管宽厚比小于80或其截面边长较大时会过高估计方形截面钢管约束钢筋混凝土柱的受剪承载力;可直接用于圆形截面钢管约束钢筋混凝土柱设计的简化计算方法较少,且缺乏试验验证。为了改进现有方法,针对钢管约束钢筋混凝土柱中钢管的受力特点,建立了其受剪承载力简化力学模型,模型中综合考虑了钢管剪应力和横向应力的受剪贡献。基于提出的模型,针对方形和圆形两种截面形式分别建立了受剪承载力计算方法,过程简洁,物理意义明确。且其与GB 50010—2010中钢筋混凝土构件的受剪承载力计算形式统一,方便设计采用,计算结果与试验结果亦吻合较好。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。     

圆钢管钢筋混凝土轴压短柱试验与承载力计算

为研究圆钢管钢筋混凝土轴压短柱承载力计算方法,以配筋率为变化参数进行了6个圆钢管钢筋混凝土短柱的轴压试验。结果表明,圆钢管钢筋混凝土轴压短柱在峰值荷载之前的荷载-位移曲线呈线性变化,试件的破坏形态呈剪切破坏,由于配筋对混凝土的进一步约束,试件具有较高的承载力和很好的延性。通过试验数据对比,进一步验证了采用叠加法计算圆钢管钢筋混凝土轴压短柱承载力的计算方法是可行的,《实心与空心钢管混凝土结构技术规程》(CECS 254∶2012)和《钢管混凝土结构技术规程》(CECS 28∶2012)的计算结果和试验结果吻合较好。     

圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究

圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力.为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了 8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证.结果表明:基于双剪切统一强度理论、极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ/T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差.推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算.最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为 e/R≤1.55.     

钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验,在用钢量相同的情况下,对比分析了钢管再生混凝土短柱与钢筋再生混凝土短柱二者轴压力学性能的差异;分析了核心再生混凝土强度及再生粗骨料取代率等主要试验参数对钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验结果表明：与用钢量相同的钢筋再生混凝土试件相比,钢管再生混凝土试件表现出较好的力学性能;钢管再生混凝土轴压短柱套箍系数较小时（ξ<1.0）,发生剪切破坏;再生粗骨料取代率对钢管混凝土短柱极限荷载的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土短柱类似。