不同截面形式钢管混凝土压弯柱受力性能试验研究

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明:两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

Experimental research on CFST member with different sections under combined compression and bending

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明：两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱弱轴压弯整体稳定

为了研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱的压弯稳定性能，对L形截面PEC柱进行了弱轴压弯试验和有限元分析。试验研究中设计并制作了3个L形PEC柱试件，变化参数为长细比和偏心距。试验结果表明：截面形状和主钢件分布的几何非对称性，以及混凝土材料拉压强度的非对等性，造成L形PEC柱在受力后截面中和轴的偏转，导致构件发生弯扭变形。有限元分析表明，L形截面的肢背或肢端受压对构件承载力有一定影响；长细比较小(即长细比为10～30)时，肢背受压的构件轴力-弯矩相关曲线具有大小偏心分界的特征，但长细比较大(即长细比大于60)时，整体失稳成为控制破坏模式，相关曲线向原点内凹。建议了L形PEC柱绕弱轴压弯时的整体稳定承载力计算公式，与试验和有限元参数分析结果对比表明：当长细比小于60时，建议公式可以适用，当长细比大于80时，建议公式偏不安全，需进一步改进后才能用于工程设计。     

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明：和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明：圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模...     

八边形中空夹层钢管混凝土偏心受压柱的试验研究

以长细比和偏心率为变化参数,对4个八边形中空夹层钢管混凝土偏心受压构件进行试验研究。通过对试验现象和试验结果的详细分析,总结出此类构件的一些力学特点,并与相同条件下的圆中空夹层钢管混凝土、方中空夹层钢管混凝土进行比较,发现其承载能力比方形截面柱高,比圆形截面柱稍低。其承载力影响因素主要有构件的轴压性能、抗弯性以及偏心率。在分析试验结果和利用数值分析的基础上,提出压弯构件承载力验算公式,与试验结果吻合良好。     

矩形钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究与理论分析

进行了 10根矩形截面钢管高强混凝土中长柱轴压构件的试验研究 ,目的是分析长细比、含钢率和截面长宽比对中长柱轴压构件的影响。同时 ,采用数值分析的方法 ,编制了适用于矩形钢管高强混凝土轴压构件的非线性计算程序 ,理论分析结果和试验结果进行了对比 ,两者吻合较好。在此基础上 ,利用所编制的非线性分析程序 ,分析了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和截面长宽比等因素对轴压构件长细比 -稳定系数相关曲线的影响。研究结果表明 :构件的稳定承载力主要和长细比有关 ,随着长细比的增大迅速降低 ;截面长宽比在 1 0～ 1 6的范围内变化时 ,对稳定系数和相对跨中挠度的影响很小。     

矩形钢管混凝土构件双向压弯剪受力性能研究

建立了有限元分析模型,采用收集到的方钢管混凝土压弯剪构件试验数据对模型的适用性进行了验证。基于验证过的有限元模型,对矩形钢管混凝土构件双向压弯剪受力性能进行了分析研究,给出了典型矩形钢管混凝土压弯剪构件的受力全过程关系曲线,分析了剪切荷载角度θ(0°～90°)、轴压比n(0～0.8)、剪跨比m(0.5～5.0)、钢材强度(Q235～Q420)、混凝土强度(C30～C90)、含钢率α(0.05～0.20)和截面高宽比β(1～2)等参数对其受力性能和承载力的影响规律。结果表明,对于矩形钢管混凝土双向压弯剪构件,随钢材强度的提高、混凝土强度的提高、含钢率的增大和剪跨比的减小,其最大横向剪力增大。对于矩形钢管混凝土压弯剪构件,其强轴方向(θ=90°)单向压弯剪横向剪力最大,弱轴方向(θ=0°)单向压弯剪横向剪力最小,随剪切荷载角度的增大,横向剪力增大。在轴压比较小(0≤n≤0.2)时,此类构件最大横向剪力随轴力增大而增大,在轴压比较大(0.2n≤0.8)时,则随轴力增大而减小。截面高宽比变化对强轴方向最大横向剪力影响较小,对弱轴方向的影响较大。     

内配型钢圆钢管混凝土压扭构件工作机理研究

采用ABAQUS有限元软件建立了内配型钢圆钢管混凝土压扭构件的有限元模型,利用已有试验数据验证了模型的可靠性。在截面含钢率不变的情况下,分析了3组钢管混凝土与内配型钢圆钢管混凝土极限承载力及扭矩分配的对比情况。通过对典型试件的分析,研究了内配型钢圆钢管混凝土各部件之间的接触应力分布规律、各部件的破坏模态及型钢对混凝土的影响规律。最后分析了加载路径、长细比、型钢截面形式以及轴压比对构件荷载-位移曲线的影响规律。结果表明:内配型钢圆钢管混凝土中钢管、混凝土及型钢三者之间可以很好地协调工作。钢管含钢率是影响构件承载力最主要的因素,加载路径、长细比以及型钢的截面形式对构件的承载力几乎没有影响,构件的极限承载力随轴压比的增大而增大,当轴压比大于0.4~0.5(对应不同强度等级材料)时,构件的极限承载力随着轴压比的增大而降低。     

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：     

长期荷载作用下方钢管混凝土压弯构件承载力简化计算

利用数值方法计算长期荷载作用对方钢管混凝土压弯构件的荷载 -变形全过程关系的影响 ,系统分析轴压比、长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度及荷载偏心率等因素对承载力的影响规律 ,提出考虑长期荷载作用影响时 ,方钢管混凝土压弯构件承载力折减系数的简化计算公式 ,可为工程实践提供参考。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

矩形钢管混凝土构件承载力的规程对比分析

以矩形钢管混凝土轴心受压、受弯和压弯构件为研究对象,对《矩形钢管混凝土结构技术规程》和《钢管混凝土结构技术规程》关于构件承载力计算值进行了详细比较。首先,详细阐述了各规范的详细规定原则和内容。接着,以截面含钢率和构件长细比为参数,自编Matlab程序对规范内容进行了详细比较。结果表明:轴压强度承载力前者较后者更安全、轴压稳定承载力和弯矩承载力会随参数而变化、压弯平面内稳定承载力存在着特定长细比,当小于该长细比时,且构件处于小偏心受压时,前者较后者更安全,其余后者较前者安全。     

圆形不锈钢管混凝土压弯承载力设计方法研究

不锈钢管混凝土结构兼具了普通钢管混凝土良好的力学性能和优越的耐久性特点,不仅因其灌注了混凝土,工程造价上得到相对降低,同时其被应用于海洋平台、海边建筑、桥梁和超高层建筑时,后期维护成本较普通钢管混凝土结构亦得到显著降低,如中国香港的昂船洲大桥和纽约赫斯特大厦等实际工程中已应用不锈钢管混凝土结构。现行的钢管混凝土结构规范或规程,因对不锈钢显著的后期强化特征未予考虑,承载力计算均偏于保守。为使得不锈钢管混凝土组合结构在应用于实际工程时,其良好的承载力得以准确评估,结合圆形不锈钢管混凝土组合结构在压弯荷载作用下的工况,探讨了圆形不锈钢管混凝土压弯承载力的设计方法。采用现行的中国国家标准GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、福建省地方标准DBJ/T 13-51—2010《钢管混凝土结构技术规程》、欧洲规范Eurocode 4和美国钢结构协会规范ANSI/AISC 360四本规范对收集到的40根圆形不锈钢管混凝土压弯构件的承载力进行了计算,并将承载力计算值与承载力实测值进行了对比,可知:GB 50936规范的承载力计算值和实测值比值的平均值与方差分别为0.871和0.105; DBJ/T规范的承载力计算值与实测值比值的平均值与方差分别为0.868和0.073; EC4规范的承载力计算值与实测值比值的平均值与方差分别为0.832和0.067; AISC规范的承载力计算值和实测值平均值与方差分别为0.612和0.122。鉴于上述现行规范或规程计算的圆形不锈钢管混凝土压弯构件的承载力结果均偏于保守,利用有限元软件,建立了圆形不锈钢管混凝土压弯构件有限元模型,在验证模型准确性的基础上,分析了不锈钢屈服强度、截面含钢率、核心混凝土强度和长细比对圆形不锈钢管混凝土压弯构件的轴力-弯矩相关曲线的影响,结果表明:轴力-弯矩相关曲线平衡点的横、纵坐标值随着不锈钢屈服强度和截面含钢率的增大而减小,随着核心混凝土强度的增高而增大;长细比越大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线。最后,在DBJ/T规程建议的圆形普通钢管混凝土压弯构件相对轴力-相对弯矩强度相关方程的基础上,重新回归平衡点坐标值与约束系数的关系,以适用于圆形不锈钢管混凝土压弯承载力的计算,所提出圆形不锈钢管混凝土压弯承载力简化计算式相比于现行规范或规程的计算式精度更高,得到的承载力计算值与试验实测值更为接近,可为不锈钢管混凝土的工程设计提供参考,也为相关规范或规程的编制提供依据。     

方中空夹层钢管混凝土构件压扭性能试验研究

为研究方中空夹层钢管混凝土构件在压扭共同作用下的力学性能,以截面尺寸及轴压比为参数,对12根中空夹层钢管混凝土进行压扭静力试验,同时建立有限元模型分析材料强度及长细比对构件承载力的影响.结果 表明:当轴压比较小(n＜0.5)时,轴压比对抗扭承载力影响不大,进入塑性阶段后,扭矩-转角曲线出现明显的屈服平台,且承载力仍有小...     

不同长径比圆钢管约束钢筋混凝土柱轴压承载力研究

与钢管混凝土柱不同,钢管约束钢筋混凝土柱的外包钢管主要用于约束核心混凝土而非承担纵向荷载。相比方形截面柱,圆形截面柱的钢管可为混凝土提供更强的约束,使得圆钢管约束混凝土柱具有更高的承载力和更好的延性。以柱长径比(L/D)、钢管径厚比(D/t)为变化参数,对10根圆钢管约束钢筋混凝土柱的轴压力学性能进行试验研究,并对各试件的破坏模式、承载力及荷载-钢管应力曲线进行对比分析。结果表明:钢管的强约束性仅适用于短柱情况,钢管与混凝土间的黏结摩擦和构件较长导致的稳定问题都会限制钢管约束作用的发挥。在试验研究的基础上,根据有限元参数分析结果,对现有国内外规范中相关计算公式的适用性进行了验证,并建立了考虑钢管约束作用随构件长细比增大而降低的轴压稳定承载力计算式。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

椭圆钢管混凝土压弯扭复合受力性能及承载力计算方法研究

为研究椭圆钢管混凝土构件在压弯扭共同作用下的受力性能,基于椭圆钢管核心混凝土等效本构模型,通过ABAQUS有限元软件建立了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的有限元分析模型,并利用已有的试验数据验证了模型的准确性和可行性;系统分析了约束效应系数、轴压比、弯矩比和扭矩比等关键参数对其T/Tu-M/Mu曲线、T-θ曲线和破坏模式的影响规律,最终提出了椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的承载力计算公式。研究结果表明：在一定范围内初始轴压比的提升会使构件的抗扭强度与纯扭构件相比有所提升,而当初始轴压比过大则会显著降低构件的抗扭强度;构件初始弯矩比的增加会使其抗扭强度持续降低;在轴力与弯矩的同时作用下,各自效果依然存在。通过提出的承载力简化计算公式的理论计算值与有限元分析结果的对比,表明该公式可用于评估椭圆钢管混凝土构件在压弯扭复合受力下的极限承载力。研究结果将为椭圆钢管混凝土在实际工程中的设计和应用提供科学依据。     

空心钢管混凝土长柱轴压性能的试验研究

进行了11根圆形和正方形截面的空心钢管混凝土轴心受压长柱试验,研究了空心率、长细比和截面形式对空心钢管混凝土长柱承载力性能的影响,并对空心钢管混凝土轴压长柱的破坏形态进行了分析。分析结果表明,空心钢管混凝土长柱的破坏形态接近于空钢管长柱。同时在前人所做的轴压长柱试验数据基础上,进行了《薄壁离心钢管混凝土结构技术规程》(DL/T 5030-1996)与给出的空心钢管混凝土轴压长柱承载力计算公式的对比,表明给出的公式与试验结果吻合较好,说明使用该公式计算轴压长柱承载力是可行的。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。