外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

酸雨环境下方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验研究

设计了16根方钢管混凝土短柱试件,对不同截面尺寸、核心混凝土骨料类型、酸雨腐蚀率的试件进行轴压试验,并对酸雨环境下不同腐蚀程度的方钢管再生混凝土轴压短柱的延性、荷载-纵向应变、组合弹性模量、损伤分析以及承载力验算进行了分析。试验结果表明:酸雨环境下方钢管普通混凝土短柱和方钢管再生混凝土短柱有相似的破坏形态。随着腐蚀程度的加深,方钢管普通混凝土轴压短柱和方钢管再生混凝土轴压短柱后期延性变差,腐蚀程度越深,后期延性下降越大,组合弹性模量下降越明显,试件损伤越严重,承载力下降越大。酸雨环境下的钢管混凝土构件可近似看作均匀腐蚀,采用折减壁厚的方法对钢管混凝土短柱承载力进行验算,结果与试验数据吻合度高。     

矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究

对6根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土短柱试件进行轴压试验,研究了内外钢管的长宽比对短柱的力学性能的影响。试验结果表明:比较内管相同的试件,外管截面尺寸较大者其轴压承载力略高;比较外管相同的试件,由于混凝土的减少和内管的局部屈曲,轴压承载力随内管的增大略有下降,本次试验中的实心钢管混凝土短柱的轴压承载力略高于中空夹层钢管混凝土短柱。同时用ABAQUS有限元软件对试件轴压全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱轴心抗压试验研究

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP管的纤维拉断,FRP管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP管约束程度、FRP层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。     

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...     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

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。     

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验研究

椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱由椭圆形GFRP外管、钢内管以及两管之间的填充混凝土组成。进行了大尺寸椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压性能试验,所有试件的内部钢管采用了椭圆形截面,试件的高度为600 mm,长轴为300 mm,短轴分别为150、200、250 mm和300 mm。研究了椭圆形截面的长轴与短轴之比、GFRP厚度及试件空心面积率对其轴压性能的影响。研究结果表明:椭圆形GFRP-混凝土-钢组合空心柱中的混凝土在GFRP管和钢管的共同约束下,其承载力和延性较素混凝土大幅提升;随着椭圆长轴与短轴之比的增大,内部约束混凝土的峰值应力有随之增大的趋势;较大的空心面积率并不会减小GFRP和钢管对于混凝土的约束作用;GFRP厚度的增加将会提高椭圆形组合空心柱试件的极限应力和极限应变。     

多腔钢管混凝土异形柱不同方向抗震性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土异形柱在不同加载方向的性能差异,设计并制作了5个1/30缩尺多腔钢管混凝土异形柱模型试件,截面构造包括13腔体基本型截面和5腔体简化型截面,基本型试件包括沿截面长轴加载、短轴加载和与长轴成45°方向加载的试件,简化型试件包括沿截面长轴加载和短轴加载试件。采用拟静力试验方法,对各试件的破坏特征、滞回性能、承载力、刚度退化、延性以及耗能能力进行研究。结果表明：各试件屈服位移角均值为1/92,破坏位移角均值为1/30,具有良好的延性;对于基本型试件,随着加载方向由长轴转向短轴,承载力及耗能能力逐渐降低,不同加载方向的性能差异显著;简化型试件的承载力较基本型试件的小,但具有更好的延性,耗能能力相当,且不同加载方向性能差异较小。使用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,所得模拟结果与试验结果吻合良好,由此进一步分析了钢筋笼、轴压比以及混凝土强度对异形钢管混凝土柱受力性能的影响,结果显示：钢筋笼能够提高试件承载力;随着轴压比增大,试件延性和承载力逐渐降低;试件承载力随混凝土强度增大而增大。     

GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱轴心受压试验研究

提出了GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC柱的复合加固方法.通过1根RC方形截面短柱和4根复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压试验,研究了 GFRP套管与钢纤维砂浆复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压性能,分析了GFRP管厚度对复合加固柱的承载力、刚度和延性的影响.试验结果表明:随着GFRP管厚度的增大,复合加固柱的承载力显著提高,GFRP管厚度对轴压刚度影响较大,对试件的延性变形能力影响相对较弱;在其他条件相同的情况下,复合加固柱承载力的提高率随GFRP管厚度的增大而减小.在试验研究的基础上,建立了复合加固损伤RC方形截面短柱的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

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。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能对比分析

为研究高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能差异,以方和圆两种截面形式、历经最高温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为变化参数,对各27根方钢管和圆钢管再生混凝土短柱进行高温冷却后轴压加载试验,观察了试件的破坏过程,对比分析了方钢管与圆钢管试件的承载力、初始轴压刚度、延性及耗能的差异。结果表明:方钢管试件的初始轴压刚度和耗能能力受冷却方式的影响显著,圆钢管试件的承载力和延性受冷却方式的影响显著;随着温度T的不断升高,方钢管试件承载力退化、延性变化及耗能能力变化较圆钢管试件相比更为显著;对于初始轴压刚度,当温度较低时,方钢管试件退化更大,当温度较高时,圆钢管试件退化更大;取代率对方钢管试件的承载力和圆钢管试件的初始轴压刚度影响较大,且随着取代率r的增大,方钢管试件的延性系数和耗能系数增大,而圆钢管试件的延性系数和耗能系数减小。     

带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明:井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。     

钢管高性能混凝土轴压短柱的静力性能(Ⅱ):机理分析及承载力

研究钢管高性能混凝土轴压短柱中钢管和混凝土的应力、应变等的分布规律,发现圆试件中截面混凝土纵向应力在圆周方向均匀分布,而方试件中截面混凝土的纵向应力在弯角处最大。试件在受荷过程中,中截面钢管首先屈服,然后逐渐向试件两端发展。典型算例的分析结果表明,圆钢管对混凝土的约束作用好于方钢管的,圆钢管对混凝土沿圆周方向均匀约束,而方试件在截面弯角处的约束力最大。所有试件在中截面约束力最大。黏结强度对于试件的轴压承载力基本没有影响。普通钢管混凝土轴压短柱的承载力计算式同样适用于钢管高性能混凝土轴压短柱的承载力计算。钢管高性能混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱在静力性能方面并无本质区别。     

截面形状对早龄期钢管混凝土柱多级加载变形及承载力影响的试验研究

连续施工过程中钢管混凝土柱受多级荷载作用,而对其进行力学性能研究时,大多将所受荷载简化为钢管的初应力问题,忽略了荷载的多级加载过程与早龄期混凝土收缩徐变的共同影响。为研究多级荷载下早龄期钢管混凝土柱的受力性能,分别对早龄期方形和圆形截面钢管混凝土短柱进行多级加载变形试验和多级加载后试件的轴压承载力试验,分析了不同加载制度对方形和圆形截面试件的变形,以及多级加载后轴压承载力的影响规律。试验结果表明:多级荷载下方形和圆形截面钢管混凝土的早龄期徐变变形均非常明显;同时不同加载制度对试件的变形也有较大影响;在相同加载条件下,圆钢管混凝土柱的变形值要小于方钢管混凝土柱的变形值;多级加载过程对圆形及方形截面钢管混凝土成熟期短柱试件的轴压承载力影响有限,可以忽略。研究可为钢管混凝土柱的连续性施工变形控制和力学性能评估提供参考。     

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％.     

组合L形冷弯钢管混凝土柱抗震性能试验研究

以荷载作用方向、截面类型、肢高宽比为参数,进行了4根组合L形冷弯钢管混凝土柱的拟静力试验,分析了各参数对试件破坏形态、承载力、延性及耗能等抗震指标的影响。并应用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,分析了钢管厚度、轴压比等参数对试件承载力和延性影响。结果表明：试件的主要破坏模式为钢管鼓曲开裂,异形钢管的制作方式对试件破坏形态有一定影响,冷弯钢管组合焊接的试件未出现角部开裂,钢板组合焊接的试件出现角部纵向焊缝开裂现象,加快了试件的变形发展;荷载作用方向对试件延性和耗能能力影响不大,但对试件承载力有较大影响,工程设计中除主要工程轴向的承载力验算外,同时也应考虑最不利加载方向的承载力验算;增大肢高宽比可以有效提高试件承载力,但会加剧试件正、负向受力性能的差异、削弱其延性和耗能能力,可以改变截面形式调整其正、负向承载力差异、增加钢管厚度改善其延性;轴压比对试件正向承载力和延性影响较大,随着轴压比的增加,试件正向承载力和延性明显下降。