中空夹层圆钢管混凝土短柱的受压分析

中空夹层钢管混凝土(CFDST)短柱由两个同心薄壁圆钢管组成,两个钢管中间填充混凝土。其在轴压作用下的力学特性已经通过大量试验进行了研究。两个试验参数分别为内外径比和径厚比。观察到的失效模式由内外两个钢管的局部屈曲和填充混凝土的剪切破坏控制。主要讨论了外层钢管对混凝土的约束效应。基于钢管和填充的混凝土柱体的屈服强度,提出了预测其在压力作用下极限强度的公式。     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

Mechanical behavior of concrete filled double skin tubular circular deep beams

Concrete filled double skin circular tubular member (CFDST) has a hollowed section consisting of double concentric steel tubes with concrete fill in between their walls. The CFDST members are consequently lighter than ordinary concrete filled tubular members (CFT) which have solid sections. The purpose of this study is to investigate the mechanical behavior of CFDST deep beam under a combined action of shear and bending through a three points static loading test. Two testing parameters were considered, namely, the inner-to-outer diameter ratio (D_i/D_o) and the outer tube diameter-to-thickness ratio (D_o/t_o). The results showed that the obtained failure modes were controlled by the parameter D_i/D_o. Their strengths for ratios of less than 0.47 fairly agreed with the estimation values proposed herein. Furthermore, biaxial elasto-plastic stress histories of both tubes under plane stress condition were also discussed.     

Experimental study on concrete filled elliptical/oval steel tubular stub columns under compression

A concrete filled elliptical/oval steel tubular (CFEST) member consists of elliptical/oval steel tube and in-filled concrete. The CFEST member is a new type of steel–concrete composite member and is part of a family of concrete filled steel tubular members known as CFT. The present study aims to investigate, experimentally, the characteristics of CFEST stub columns under centric loading. The main test parameters selected are diameter-to-thickness and diameters ratios of elliptical/oval steel tube. From the results, local buckling of the elliptical/oval steel tube associated with shear failure of in-filled concrete could be observed. Axial loading capacity decreased as diameter-to-thickness ratio increased. Whereas, those capacities normalized by the summation of the individual strengths, namely the elliptical/oval steel tube and in-filled concrete strengths, are regulated in case the diameter-to-thickness ratio becomes larger. Finally, a method to predict the axial loading capacity induced by confinement effects of the in-filled concrete is proposed.     

钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。     

Mechanical behavior of concrete filled double skin steel tubular columns under cyclic pure torsion

为研究中空夹层钢管混凝土柱在扭矩作用下的滞回性能,以截面形式和空心率为主要参数,开展了4个中空夹层钢管混凝土柱试件在扭矩作用下的拟静力试验,得到了中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的破坏模式和扭矩-转角关系曲线。试验结果表明：中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的扭矩-转角滞回曲线较为饱满,没有出现“捏拢”现象,卸载刚度与初始弹性刚度接近,具有较好的耗能能力。往复扭矩作用下,圆形截面中空夹层钢管混凝土柱的扭转性能较方形截面中空夹层钢管混凝土柱更优。在截面外轮廓形状和尺寸相同的条件下,空心率对中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下扭转性能的影响不大。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

圆中空夹层钢管混凝土柱承载力研究

采用统一强度理论，对圆中空夹层钢管混凝土柱进行了研究，分析了钢管的拉压强度比，及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响，提出了圆中空夹层钢管混凝土柱的极承载力计算公式，与文献资料的试验结果作了比较，验证了理论公式的正确性，并得出了中空夹钢管混凝土柱和钢管混凝土具有相同优点等结论。该结果为中空夹层钢管混凝土柱的承载力分计算提供了一定的理论依据，对工程设计有一定的参考价值。以限层析     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

Experimental behavior of concrete filled double steel tubular (CFDST) members under low velocity drop weight impact

Thirty-one tests under low velocity drop weight impact were carried out to examine the residual failure modes and the time history of the impact forces, global deformations and strains of concrete filled double steel tubular (CFDST) members in this paper. The parameters varied in the testing program include the column type (straight and tapered), the boundary conditions (simply supported and fixed), the axial load level and the impact energy. The results showed that all CFDST members behaved in a ductile manner and the residual deformation consisted of local deformation at the impact section, as well as the overall bending deformation. Compared to hollow double steel tubes, the CFDST members under the same applied impact energy demonstrate superior impact behavior in terms of higher energy absorbed, smaller global deformation and local deformation due to the interaction of the sandwich concrete and double skin steel tubes. The influence of key parameters on the dynamic resistance ability of CFDST is discussed.     

X型方钢管混凝土受压节点试验研究

本文通过试验研究X型方钢管混凝土受压节点的破坏形态和破坏过程 ,分析了节点承载力和初始刚度的主要影响因素。试验结果说明 ,随着节点支管宽度与主管宽度的比值的增加 ,X型方钢管混凝土受压节点的承载力和刚度都有明显的提高 ;随着节点主管内部混凝土填充长度的增加 ,X型方钢管混凝土受压节点的承载力有明显提高     

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。     

双管圆形钢管混凝土深梁的力学性能

双管圆形钢管混凝土构件(CFDST)具有由共圆心的2个圆形钢管间填充混凝土组成的中空截面。因此,CFDST构件比一般的实心钢管混凝土(CFT)构件轻。本文的目的是通过三点静力荷载试验研究CFDST深梁在弯剪作用下的力学性能。考虑了内外管径比(Di/Do)和外管径厚比(Do/to)两个参数的影响。结果表明:失效模式由参数Di/Do控制。Di/Do小于0.47构件的试验强度与预估值能较好地吻合。另外,讨论了双管在平面应力条件下的双轴弹塑性应力历程。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

Structural design of stainless steel concrete filled columns

This paper presents the behaviour and design of axially loaded concrete filled stainless steel circular and square hollow sections. The experimental investigation was conducted using different concrete cube strengths varied from 30 to 100 MPa. The column strengths and load-axial shortening curves were evaluated. The study is limited to cross-section capacity and has not been validated at member level. Comparisons of the tests results together with other available results from the literature have been made with existing design methods for composite carbon steel sections — Eurocode 4 and ACI. It was found that existing design guidance for carbon steel may generally be safely applied to concrete filled stainless steel tubes, though it tends to be over-conservative. A continuous strength method is proposed and it is found to provide the most accurate and consistent prediction of the axial capacity of the composite concrete filled stainless steel hollow sections due largely to the more precise assessment of the contribution of the stainless steel tube to the composite resistance.     

钢管RPC边框密肋复合剪力墙抗剪性能

为研究新型钢管活性粉末混凝土(RPC)边框密肋复合剪力墙的抗剪性能,基于统一强度理论和斜压杆计算模型,考虑材料的中间主应力、拉压异性效应以及边框架与等效弹性板之间剪应力等因素的影响,建立了此类组合墙体的抗剪承载力计算公式。利用ABAQUS有限元软件,对不同混凝土强度、轴压比、钢管屈服强度的钢管RPC边框密肋复合剪力墙进行水平单调加载,将抗剪承载力数值模拟结果与理论计算结果进行对比分析。结果表明:抗剪承载力计算值与有限元值吻合较好,验证了理论计算方法的准确性与有限元模型的可靠性; 随着密肋复合墙板肋格RPC强度等级的提高,剪力墙抗剪承载力显著提高; 随着轴压比的增加,抗剪承载力先增加后下降,且延性性能下降; 提高边框柱钢管屈服强度,剪力墙承载力略有增加,效果并不显著,但可以改善构件延性性能; 提出的抗剪承载力计算公式为该新型复合剪力墙的发展提供了理论基础。     

矩形钢管自密实混凝土的钢管-混凝土界面粘结性能研究

钢管混凝土构件在受力过程中,钢管及核心混凝土间的粘结性能一直是设计和研究人员关注的热点问题之一。合理确定钢管与核心混凝土间的粘结强度,是进行钢管混凝土梁柱节点设计的重要前提。通过对矩形钢管自密实混凝土构件界面粘结性能进行的试验研究,对钢管自密实混凝土与钢管普通混凝土进行比较。结果表明,自密实混凝土可以提高钢管与混凝土间的界面粘结强度。最后,提出粘结强度的简化计算公式和粘结应力-相对滑移关系的简化模型。     

FRP约束钢管混凝土柱轴心受压极限承载力

应用第四强度理论和三向应力状态下的混凝土破坏准则推导出了约束钢管混凝土柱轴心受压的极限承载力计算公式,并分析了工作机理。算例表明,在钢管混凝土柱的外围设置横向约束件可以提高钢管混凝土柱的承载力。推导出的计算公式为约束钢管混凝土柱的设计提供了理论依据。     

CFRP-钢管RPC短柱的轴压试验研究

对12根核芯为100～160MPa强度等级的活性粉末混凝土(RPC),外部约束为壁厚2、4mm的钢管和2层碳纤维增强复合材料(CFRP)的CFRP-钢管RPC(CRST)短柱进行试验研究.结果表明:与普通混凝土相比,RPC的抗压强度更高,其在无外部约束状态下的脆性更加明显,达到极限承载力时对应的应变较大;CRST短柱主要发生剪切破坏和端部压缩外鼓破坏,其载荷-位移曲线可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段和平台阶段;考虑CFRP和钢管对核芯RPC的双重约束,提出了用影响系数IF表示CFRP和钢管对极限承载力的提高程度,并通过线性回归拟合得到了IF的表达式;同时假设CRST短柱在到达极限承载力时钢管已屈服,采用极限平衡分析的方法对CRST短柱的极限承载力进行了简化计算,得到了与试验结果吻合良好的拟合公式.