轴压荷载下中空夹层钢管混凝土抗扭性能试验研究

以轴压比及截面尺寸为参数,对12个中空夹层钢管混凝土试件进行压-扭试验,并结合数值模型分析了扭转全过程截面剪应变开展及钢管与夹层混凝土相互作用力.结果表明:较小的轴向压力对极限抗扭承载力及扭转刚度均影响甚微,所有试件均表现出较好的延性.承载力受外钢管强度影响较大,受混凝土强度影响较小,夹层混凝土对组合抗扭强度提高的作用...     

#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明：钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足“平截面假定”;在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大（为1.90）时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小（为0.96）时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

压弯扭复合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的承载力及弯扭相关关系研究

以4个钢管约束钢筋混凝土柱(STRC)在弯扭和压弯扭复合荷载作用下的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢管约束钢筋混凝土柱的有限元模型,分别模拟试件在弯扭以及压弯扭复合荷载作用下的破坏模式和承载能力,与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。通过有限元模型参数化分析,研究钢管强度、钢管厚度、截面尺寸、混凝土强度、纵筋直径与屈服强度、箍筋直径与屈服强度以及轴力等因素对复合荷载作用下承载力的影响。研究结果表明,钢管厚度、截面尺寸、纵筋的直径与屈服强度以及轴压力是影响复合荷载作用下承载力的主要因素。当圆形截面STRC柱的轴压力达到0.3N_u(N_u为柱轴压承载力)或方形截面STRC柱的轴压力达到0.5N_u时,柱的承载力达到最大。在不同因素的影响下,相同荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的受弯承载力和受扭承载力之间的相关关系基本一致。     

偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有"捏拢"现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土构件压扭性能研究

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土(TLHR-CFDST)基于传统中空夹层钢管混凝土(CFDST)发展而来，在实际工程中常受到压-扭复合荷载作用。为研究TLHR-CFDST构件的压扭性能，设计了6个试件并进行静力加载试验，主要试验参数包括锥角、空心率和轴压比。在试验的基础上，建立TLHR-CFDST压扭构件的有限元模型，进一步分析其工作机理和参数影响。结果表明：在压扭荷载作用下，TLHR-CFDST构件在上部截面发生破坏；当锥角增大时，构件的抗扭刚度和受扭承载力下降，而空心率对受扭承载力影响较小；当轴压比不超过0.4时，构件表现出良好的延性，但当轴压比大于0.4后，构件的扭矩-扭转角曲线出现下降段，受扭承载力有较大程度的降低；在钢管的约束下，混凝土受扭开裂后可以继续承担荷载；构件在不同参数下的压扭承载力相关曲线基本一致。基于承载力相关方程，建立了适用于TLHR-CFDST构件的压扭承载力计算方法，该方法预测的承载力与试验及数值计算结果吻合较好。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明：圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明：在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合#br# 受力作用下的滞回性能研究

为研究环向脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了12个钢管混凝土试件（包括8个带缺陷试件、2个无脱空试件以及2个空钢管对比试件）在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回性能试验。试验主要参数为：脱空率、弯扭比和轴压比。基于试验结果考察了带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下的破坏模态,并分析了脱空对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度和耗能等力学指标的影响规律,结果表明：环向脱空缺陷的存在会改变钢管混凝土构件的破坏模态,并使试件的承载力、刚度和耗能能力有不同程度的降低。同时,建立钢管混凝土压弯扭构件的有限元模型,分析环向脱空对构件承载力系数,以及钢管与核心混凝土接触时刻的影响规律,在此基础上提出相关工程建议。     

钢管混凝土压扭,弯扭构件承载力相关方程

本文在对钢管混凝土压扭、变扭构件进行全过程分析结果的基础上，推导了钢管混凝土压扭和变扭构件承载力相关方程。采用相关方程计算钢管混凝土压扭和弯扭构件的承载力，方法简便，符合实用原则，并且和轴压、纯弯及纯扭构件承载力计算公式相衔接。最后，本文提供了压扭和弯扭构件设计公式。     

角钢桁架型钢混凝土梁纯扭试验及损伤分析

为研究角钢桁架型钢混凝土梁的纯扭性能,设计加载装置并完成了7个角钢桁架型钢混凝土梁在纯扭荷载作用下的静力试验,考虑了型钢配钢形式、型钢保护层厚度和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,揭示其破坏机理,获取了扭矩-应变曲线、扭矩-扭转角曲线及相关特征点等,并分析各变化参数对其抗扭性能的影响,基于能量守恒定律,分析了在纯扭作用下试件的耗能和损伤规律。试验结果表明:角钢桁架型钢混凝土梁纯扭破坏时角钢受拉屈服、棱角处混凝土被压碎,具有良好的抗扭和耗能性能。适当增加型钢体积配钢率和混凝土强度等级均能有效提高角钢桁架型钢混凝土梁的抗扭和耗能性能,增加斜向腹杆效果更显著。增加型钢保护层厚度会降低其抗扭和耗能性能。同时损伤规律基本呈现前期较小、后期较大的特征。     

脱空缺陷对钢管混凝土压弯扭构件力学性能的影响研究

为研究脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合作用下力学性能的影响,对14根(包括6根带脱空缺陷试件、6根无脱空试件以及2根空钢管试件)压弯扭复合作用下的试件进行试验研究。以轴压比、弯扭比为主要试验参数,考察带缺陷试件的破坏模式和脱空缺陷对荷载-位移关系曲线、扭矩-转角关系曲线的影响。试验结果表明:脱空缺陷的存在对试件的破坏模式影响并不显著,但会降低试件的承载力;对于带脱空缺陷的试件,轴压比和弯扭比的增加均导致试件承载力系数有所降低。     

方中空夹层钢管混凝土压扭构件的试验及有限元计算研究

以长细比、空心率和轴压比为变化参数,对7根方中空夹层钢管混凝土和1根方实心钢管混凝土压扭构件进行试验研究。试验结果表明:所有试件表现出良好的延性,夹层混凝土出现约45°的斜裂缝,混凝土未破碎;当轴压比较小(n≤0.3)时,轴压比越大,抗扭承载力越大;当轴压比较大(n0.3)时,轴压比越大,抗扭承载力越小。采用有限元方法对试件的扭矩-转角关系曲线进行模拟,两者符合良好。     

方中空夹层钢管混凝土压弯扭构件试验研究

以长细比、空心率和轴压比为主要变化参数,进行了5个方中空夹层钢管混凝土和2个方实心钢管混凝土压弯扭构件的试验研究。采用有限元软件ABAQUS对压弯扭试件的扭矩-转角全过程关系进行计算,计算得到的扭矩-转角关系曲线在达到承载力之前与试验结果符合较好。通过典型算例进行计算,从钢管与混凝土各自承担的荷载、轴压比和空心率对扭矩-转角关系曲线的影响三个方面对方中空夹层钢管混凝土压弯扭的工作机理进行了分析。研究结果表明：随着轴压比（n≥0.2）的增大,试件抗扭强度承载力越小;偏心率较小时,空心率越大抗扭承载力越大,延性越好。 关键词：     

八角形中空钢管混凝土组合柱轴压力学性能

通过对八角形中空钢管混凝土组合柱与八角形中空钢筋混凝土柱对比试件进行了轴心受压试验与有限元分析,重点研究了八角形中空钢管混凝土组合柱的试验现象、试验全曲线、受力全过程以及试件各部分接触作用,并基于修正的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算并对比分析了试件的承载力与轴压刚度。结果表明：轴压荷载作用下,混凝土、纵筋与内钢板能够协同工作;中空方形高强RC短柱表现出较高的承载力和刚度;截面尺寸与混凝土强度对构件承载力、轴压刚度和延性影响显著,内钢板厚度对其承载力、刚度和延性影响不明显;采用修正的《混凝土结构设计规范》对该类构件承载力预测结果较为保守,对轴压刚度预测较好。     

方套方中空夹层钢管混凝土压扭力学性能试验研究

本文以不同的轴压比(n)和截面尺寸设计了12个方套方中空夹层钢管混凝土构件并进行压扭力学性能试验研究,探究不同的轴压比下同一截面尺寸的极限承载力,再通过有限元软件建模对比分析.结果 表明:由扭矩-转角(T-θ)曲线可知,当0≤n≤0.4时,随着轴压比的增大,试件的抗扭承载力先增大后减小,n=0.4是变异点.在n≤0.4时所有试件都没有下降段,说明试件在小轴压比情况下具有较好的延性和塑性,且试件在到达塑性区域后还具有一定的承载能力.由扭矩-应变(T-ε)曲线可知,当n≤0.4时,轴力起主要作用.当n＞0.4时,轴力和扭矩共同作用,在n=0.4时发生转折.最后分析有限元结果和试验结果吻合较好.     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0. 08～0. 28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0. 13～0. 23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

压-弯-扭耦合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究钢管约束钢筋混凝土柱在轴压-弯曲-扭转耦合荷载下的抗震性能,开展了2个钢管约束钢筋混凝土柱在压-弯-扭耦合荷载下的拟静力试验,得到了弯-扭和压-弯-扭两种荷载工况下的荷载-变形曲线。试验结果表明:钢管约束钢筋混凝土柱在弯-扭荷载下的荷载-变形滞回曲线存在比较明显的"捏拢"效应,但在压-弯-扭荷载下的荷载-变形滞回曲线"捏拢"效应较小,当轴压力为受压承载力的30%时,压-弯-扭荷载下的钢管约束钢筋混凝土柱较弯-扭作用时具有更高的受弯和受扭承载力及良好的耗能能力。     

圆钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验研究

研发了用于钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验装置和方法。分别进行了7个圆钢管混凝土轴压短柱和4个圆钢管轴压短柱在浓度为3.5%的Na Cl溶液中腐蚀下的长期荷载试验研究。试验结果表明,长期荷载会使试件刚度降低很多,但对其承载力影响相对较小。腐蚀对试件的承载力和刚度的削弱都很大,且对圆钢管试件的削弱程度高于对圆钢管混凝土试件的;持载-腐蚀耦合作用对试件的承载力和刚度的降低都很大,并且对于圆钢管试件,随着持载等级和浸入程度的增大而更加明显。总体而言,对于钢管混凝土试件,持载-腐蚀耦合作用对其承载力和刚度的降低要大于单纯持载作用和单纯腐蚀作用对其承载力和刚度的降低的简单叠加。