十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱（PEC柱）轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明：十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。     

部分包覆钢-混凝土组合柱轴压整体稳定承载力的工程计算

部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)能以较小的截面尺寸承担较大的荷载,因而在实际工程应用中具有较大长细比,承载力转为由整体稳定控制.利用有限元软件ABAQUS建立PEC轴压柱模型,对比既有试验数据,校核其正确性.在此基础上,对不同截面尺寸、材料强度配比下的构件进行参数分析.根据计算结果,对PEC柱的轴压整体稳定系数取值...     

塑钢纤维轻骨料混凝土空心短柱轴压性能研究

为研究塑钢纤维轻骨料混凝土空心短柱轴压性能,进行了9组试验柱的轴压试验,并采用ABAQUS有限元软件进行了2根空心柱的有限元模拟,考虑了壁宽比(0.3、0.34、0.4和0.5)、开孔形式(圆形、方形)等因素的影响。试验结果表明:未配筋混凝土空心柱大多呈上下贯通的竖向裂缝,而配筋混凝土空心柱裂缝长度明显缩短、裂缝数量减少;随着壁宽比减小,圆孔空心柱的峰值荷载先增大后减小,变形延性系数先减小后增大,而方孔空心柱的峰值荷载减小,变形延性系数先增大后减小。有限元模拟结果表明,圆孔空心柱中部高度横截面上混凝土压应力分布较均匀,基本呈圆环状分布,且裂缝易先从壁薄处产生并向外扩展;方孔空心柱混凝土压应力在中部高度处呈方形分布,拉应力分布于试件上下端的内壁和中部高度处混凝土的外表面,裂缝易从方孔角部产生并向外扩展。     

四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一，因其型钢翼缘外露，故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能，以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱，开展了恒载升温试验，得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限，并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明：随着火灾下截面损伤增加，L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态，十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态；在上端球铰和下端单向铰边界条件下，L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳，T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳，十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳；在轴压比为0.4、没有防火保护条件下，L形截面PEC柱耐火极限为41 min, T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时，十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法，对异形截面PEC柱高温承载力进行计算，计算结果偏保...     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱轴压性能的试验研究

介绍了以套箍系数ξ为控制因素的6组、共16根薄壁方钢管轻骨料混凝土短柱的轴压试验结果,阐述了其破坏现象及特征,讨论了其极限承载力、延性、荷载-位移曲线,回归了核心混凝土抗压强度提高系数关于ξ的数学表达式.     

部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯承载力计算方法比较

总结欧洲规范EN 1994-1-1、加拿大规范CSA-S16-09和国内规范《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719-2020)中部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)以及《组合结构设计规范》(JGJ 138-2016)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)中组合柱的单向压弯承...     

钢-轻骨料混凝土组合结构的研究进展

对国内外钢-轻骨料组合结构,特别是轻骨料组合梁和组合楼板的力学性能研究进行了综述,并提出了钢-轻骨料组合结构需要进一步研究的问题,以期促进钢-轻骨料组合结构的推广应用。     

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。     

CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-STCSRC）轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。     

轻钢轻混凝土柱轴心受压承载力试验研究

通过6根轻钢轻混凝土柱的轴压试验,研究了不同长细比、含钢率和缀板间距等参数对其轴压承载受力性能的影响.试验结果表明：含钢率一定时,长细比为57.2的轻钢轻混凝土柱发生整体失稳破坏,长细比为40.1和46.7的轻钢轻混凝土柱发生强度破坏,破坏时钢管均发生了局部屈曲;轻钢轻混凝土柱的承载力随含钢率增大而增大,随长细比增大而减小,而缀板间距对轻钢轻混凝土柱的承载力影响不大;轻钢轻混凝土柱与普通混凝土柱的抗压破坏机理和形态基本相似,其轴压承载力可按普通混凝土柱轴压承载力公式计算.     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。     

SRPE套管约束混凝土短柱轴压性能试验

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土桥梁墩柱的腐蚀问题,提出一种新型组合结构“钢骨架聚乙烯塑料复合材料(SRPE)套管约束混凝土柱”,该新型组合结构能够彻底隔离墩柱与各种腐蚀性离子的接触。为研究其轴心受压力学性能,对12个SRPE套管约束混凝土短柱试件及3个素混凝土短柱试件进行了轴心受压试验,分析了混凝土强度等级、SRPE套管环向约束应力和膨胀剂对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和初始压缩刚度的影响规律。根据SRPE套管环向约束应力计算方法和约束混凝土短柱抗压强度计算公式,建立了SRPE套管约束混凝土短柱轴心抗压强度计算方法。结果表明:SRPE套管约束混凝土短柱的最终破坏形态均为核心混凝土发生斜剪破坏,且随着SRPE套管环向约束应力的增高,试件的剪斜变形角逐渐减小; 试件混凝土强度等级越高,其荷载-位移曲线的峰值荷载越大,下降段更陡峭,试件的脆性越大; SRPE套管能够明显提高试件的承载力、峰值变形及延性,且随着SRPE套管环向约束应力的增大,试件各项力学性能均呈逐渐上升趋势; 提高混凝土强度等级,试件的承载力提高,但峰值变形和延性有所降低; 掺入膨胀剂(质量分数10%)使试件的承载力降低,而峰值变形、初始压缩刚度及延性则稍有提高; 所建立的轴心抗压承载力计算方法可为工程实践提供参考。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱的力学性能

采用双剪统一强度理论,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱进行研究,分析了核心混凝土内摩擦角、中间主应力、钢管厚径比和CFRP粘贴层数对极限承载力的影响,提出了CFRP-钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式。并将理论计算结果与文献资料的试验结果作比较,验证了理论公式的正确性。进一步简化了理论公式,在没有外CFRP筒,且k=4,b=0时,理论公式退化为圆截面钢管混凝土轴压短柱承载力极限平衡法的表达式。该结果为CFRP-钢管混凝土轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的理论依据,供工程设计参考。     

三面受火钢筋混凝土轴心受压柱的受力性能试验研究

本文通过12根三面受火的钢筋混凝土轴心受压柱在不同温度（20～950℃）下的试验，分析了其强度和变形规律。结果表明，不均匀受火的钢筋混凝土轴心受压柱的破坏形态和特征与常温下的截然不同，都是小偏心受压破坏，而且其受力性能与预加荷载水平、温度值和荷载温度途径等密切相关。     

增大截面加固后钢筋混凝土轴心受压柱的可靠度研究

对于增大截面加固钢筋混凝土轴心受压柱,考虑外围混凝土对核心混凝土的约束作用和材料强度随时间的衰减因素,采用JC法计算了钢筋混凝土轴压柱增大截面加固前后的可靠度指标。分析了截面尺寸、混凝土强度等级、初始荷载水平和恒活荷载的比例对加固后可靠度的影响,并与规范公式进行了对比分析。分析结果表明:加固采用的截面尺寸越大,恒载所占的比例越大,初始荷载水平越低,加固后的可靠度越大,且大于规范公式计算的结果。最后还分析了施工误差对可靠度指标的影响,结果表明:混凝土强度误差对可靠指标的影响较大。     

再生混合钢筋混凝土短柱的轴压性能试验

开展了8根再生混合钢筋混凝土短柱的轴压试验,考察了废弃混凝土类型和混合比对试件荷载-变形曲线及抗压承载力的影响趋势,探讨了现行规范有关短柱抗压承载力的计算方法对于再生混合钢筋混凝土短柱的适用性。研究结果表明:(1)混合比相近时,节段型再生混合短柱的抗压承载力大于块体型再生混合短柱;(2)现浇混凝土抗压强度大于废弃混凝土相应强度时,再生混合短柱的抗压承载力随混合比增大而降低;(3)节段型再生混合短柱的抗压承载力可直接采用现行规范计算,块体型再生混合短柱则需再乘以0.9左右的折减系数。     

大径宽比钢管混凝土叠合柱轴压试验

为研究大径宽比钢管混凝土叠合柱的轴压性能,设计制作了外径在400～600 mm范围内、含钢管率在3.70%～6.75%范围内的6根大径宽比钢管混凝土叠合短柱试件,并对其进行轴压试验。使用亚克力棒测量了钢管内部混凝土的应变,给出了不同柱径试件各部位的典型应变增长曲线。结合试验结果,引入考虑试件尺寸效应的混凝土材料强度折减系数,提出了适应大径宽比钢管混凝土叠合柱的极限承载力计算公式。结果表明:大径宽比叠合柱达到峰值荷载后承载力下降缓慢,具有较好的延性; 含钢管率的提升直接增强叠合柱的承载力,含钢管率为6.08%的试件比含钢管率为3.70%的试件承载力高27.3%; 不同尺寸试件的破坏特点存在差异,一般表现为尺寸越大,破坏越显脆性,但不同尺寸试件的各部位典型应变增长模式基本一致; 叠合柱外部钢筋混凝土在加载中后期对承载力贡献较小。     

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载变形曲线和极限承载力关系.结果表明：随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.