圆角半径对碳纤维增强聚合物复合材料布约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响

为研究圆角半径对碳纤维增强聚合物 （Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）复合材料约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响,对1个对比构件和5个不同圆角半径的约束构件进行静力轴压试验。试验结果表明:随圆角半径增大,柱外围的CFRP复合材料布环向应变更高且分布趋于均匀;约束柱的峰值荷载和延性也随之增大,荷载-变形曲线在峰值荷载后由平缓的下降段逐渐向上升段转化。通过建立三维有限元模型进行数值分析,可见随圆角半径增大,构件横截面上混凝土有效约束区面积增大,混凝土压应力分布趋于均匀;型钢包围的核心区混凝土应力则显著增大。随后对截面的混凝土约束区域进行了划分,设定型钢包围部分为高强约束区,最后基于叠加法建立了约束组合短柱的轴压承载力计算公式。计算显示增大圆角半径降低了组合柱的横截面积,但却显著提高了约束后柱的轴压承载力。      

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。     

纤维增强聚合物复合材料-钢复合圆管约束混凝土轴压性能预测模型

纤维增强聚合物复合材料（FRP）-钢复合圆管约束混凝土由于具有很好的综合性能,近年来得到了广泛的研究,尚缺乏完整的应力-应变关系全曲线计算模型。本文在综合作者现有研究成果的基础上,广泛收集了96个FRP-钢复合圆管约束混凝土柱的轴心受压试验结果,系统分析了试件参数的影响规律,提出了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的完整计算模型,包括峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法,并建议了应力-应变关系全曲线预测模型,模型较好地预测了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的特征,预测结果与试验结果吻合较好。建议模型具有较好的通用性和准确性。      

方形薄壁钢管混凝土轴压短柱约束模型的建立

为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土产生的主动约束力,进而利用约束混凝土模型求得钢管中受约束混凝土极限压应力值;从理论上解析了薄壁钢管混凝土柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的机理,给进一步的薄壁钢管混凝土柱理论分析研究提供了依据.     

圆、矩形钢管混凝土短斜柱力学性能试验研究

该文对6 个圆钢管混凝土短斜柱、10 个矩形钢管混凝土短斜柱进行了竖向荷载作用下的试验研究,探讨了倾斜角度对圆、矩形钢管混凝土短斜柱抗压力学性能的影响,建议了圆、矩形钢管混凝土短斜柱强度承载力计算式。结果表明:1) 随着倾斜角度的增加,圆、矩形钢管混凝土短斜柱极限承载力和刚度均有下降的趋势;2) 建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测圆、矩形钢管混凝土短斜柱的截面强度。     

钢管高强混凝土轴压短柱承载力性能的试验研究

本文报导了21个钢管混凝土轴压短柱的试验研究,其中18个钢管高强混凝土试件,3个普通钢管混凝土试件。试验的主要参数是套箍系数ξ。研究结果表明,当套箍系数较小时,钢管径向变形对钢管高强混凝土极限承载力有影响。     

圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱试验研究

该文对12个圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱进行了轴压试验,探讨了锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压力学性能的影响,建议了圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压承载力计算式。结果表明：锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压性能影响显著;建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上吻合较好,可用来预测圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱的截面抗压 强度。     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土短柱的轴压承载性能,以再生粗骨料取代率为主要变化参数,设计了11个方钢管再生混凝土试件进行轴压试验。试验结果表明：方钢管再生混凝土的破坏形态与普通方钢管混凝土相似,呈斜压破坏,再生粗骨料取代率变化对方钢管再生混凝土的承载性能影响不明显。采用统一强度理论、叠加计算理论对方钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行了计算和分析,结果表明两种理论的计算结果均小于试验值,偏于安全,综合经济性考虑,建议采用统一强度理论的计算公式对方钢管再生混凝土短柱进行设计。最后根据试验数据拟合了方钢管再生混凝土应力-应变关系的全过程表达式。     

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

Behavior of fiber reinforced concrete-filled tubular columns in compression

Experimental compression tests on steel tubular columns filled with plain concrete and fiber reinforced concrete are carried out. For each type of column three different lengths are considered in order to point out the influence of slenderness on the ductility in compression. The experimental investigations presented here have emphasized the improvement in ductility capacity obtained when fiber reinforced concrete is utilised instead of plain concrete. Moreover, the results obtained stress that the lateral displacements due to global instability are drastically reduced.

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Résumé Des essais expérimentaux de compression ont été réalisés sur des colonnes constituées de tubes circulaires en acier remplis de béton simple ou renforcé par des fibres. Pour chaque typologie de colonne, on a consideré trois longueurs différentes, afin de mettre en évidence l'influence de l'élancement sur la ductilité en compression. Les recherches expérimentales présentées dans cet article ont montré l'amélioration de la capacité de ductilité obtenue quand le béton renforcé de fibres est utilisé à la place du béton simple. En outre, les résultats obtenus mettent en évidence que les déplacements latéraux consécutifs à l'instabilité globale sont considérablement réduits.

     

PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的偏心受压性能

通过24根聚氯乙烯-碳纤维增强树脂(PVC-CFRP)管钢筋混凝土柱的偏心受压试验,分析了CFRP条带环箍间距和偏心距对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的破坏形态、承载力、应变及荷载-位移关系的影响。试验结果表明:小偏压试件发生混凝土和PVC管的压碎破坏,大偏压试件发生钢筋受拉屈服和PVC管的拉断破坏。随着偏心距和CFRP条带环箍间距的增加,与PVC管钢筋混凝土柱相比,PVC-CFRP管钢筋混凝土试件的承载力逐渐减小,小偏压试件延性系数有不同程度的提高,大偏压试件延性系数基本保持不变。纵向钢筋和混凝土应变发展基本一致,截面受压侧CFRP条带的应变较小,试件截面的应变基本符合平截面假定。试件的荷载-挠度关系和弯矩-曲率关系分为两阶段,CFRP条带环箍间距和偏心距对第一阶段基本没有影响,第二阶段为直线强化段,随着偏心距和CFRP条带环箍间距的增加,强化段的斜率逐渐减小。     

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大量的试验建立循环荷载下UHPC的本构模型,设计具有不同钢纤维掺量的棱柱体和狗骨直拉试件,开展不同加载制度的单轴压缩试验,分析试验结果以明确钢纤维掺量、养护方式和加载制度对UHPC单轴拉压力学性能的影响情况。试验结果表明,在受压方面,钢纤维体积含量为2%的UHPC峰值压应变明显高于钢纤维体积含量为1%和3%的UHPC峰值压应变。各UHPC试件的弹性模量明显大于普通混凝土的弹性模量。在受拉方面,UHPC呈现出一定的应变硬化现象,且达到峰值后拉应力下降较为缓慢,展现出一定的受拉延性。钢纤维体积含量和蒸养处理对UHPC试件的抗拉强度有明显的提高作用。最后,在试验数据的基础上,提出了UHPC受压和受拉的骨架曲线和滞回准则,并拟合了卸载(再加载)的计算公式,可用于有限元计算中UHPC的基本本构方程。

     

钢纤维增强超高性能混凝土抗压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA软件在细观层次上建立了三维钢纤维增强超高性能混凝土（Steel fiber reinforced ultra-high performance concrete,SF/UHPC）圆柱体试件有限元模型,对其轴心受压下的力学性能和裂缝发展进行了数值模拟。在验证细观数值模型的有效性和合理性的基础上进行参数分析,着重研究了钢纤维体积率、钢纤维长径比、形状效应和尺寸效应对超高性能钢纤维混凝土抗压强度、韧性和破坏形态的影响。最终,根据模拟结果拟合了超高性能钢纤维混凝土抗压强度计算公式。结果表明：三维超高性能钢纤维混凝土细观模型可以较好地模拟单轴受压应力条件下混凝土的静力性能和损伤破坏机制,所拟合的公式也能较好地预测超高性能钢纤维混凝土的抗压强度。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

低轴压比聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中长柱抗震性能试验

已有对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA/C)柱抗震性能的研究大多针对短柱,且PVA/C一般只在节点及其邻近部位局部设置。基于此,本文对低轴压比且沿柱全高设置的PVA/C中长柱进行低周反复荷载试验,变化参数为纤维体积分数ρ_f和体积配箍率ρ_v。通过试验,得出以下结论:所有试件均发生弯曲破坏;当ρ_f和ρ_v分别在试验设计范围内增大时,试件的裂缝控制能力、延性、截面转动能力及耗能能力均提高,刚度退化及承载力衰减速度减小;ρ_f的增大可较大程度提高试件开裂荷载,而对峰值荷载影响较小;ρ_f由0 vol%提高到2 vol%,位移延性系数、耗能比及开裂荷载分别提高52.9%、112.3%和51.1%;掺加适量纤维后,即使降低配箍率,试件也可保持良好的抗震性能和裂缝形态。根据本文试验数据并收集其他相关文献试验数据,拟合得出位移延性系数与ρ_f和ρ_v之间的关系式。最后总结了各类PVA/C柱抗震性能差异。      

新型碳纤维增强复合材料-钢复合管海水海砂混凝土圆柱轴压试验

为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性,提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验,研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明,内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力;CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃,而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏;结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关,而极限应变随着CFRP层数增加而提高,却随着混凝土强度提高而减小;核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变,且当包裹两层及以上CFRP时,CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。