钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后力学性能研究

采用试验验证的有限元模型分析了主要影响因素。提出了钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后轴压承载力和轴向刚度的计算方法。研究结果表明：（1）钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后的轴压承载力和轴向刚度明显下降,随着受火时间的增加,轴向刚度的降低幅度更大;（2）截面核心面积比是火灾后轴压承载力降幅变化的主要影响因素。截面核心面积比和含管率是火灾后轴向刚度降幅变化的主要影响因素;（3）提出的简化计算方法可以预测钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后的轴压承载力和轴向刚度。     

高温作用后圆钢管钢筋混凝土轴压短柱力学性能试验研究

采用立式燃气试验炉对14根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的圆钢管钢筋混凝土短柱进行了按ISO 834标准升降温曲线的明火试验,其中2根短柱用于量测温度场,其余12根短柱冷却至室温后进行轴压静载试验。实测了受火阶段轴压短柱典型部位的截面温度分布和受火后的轴压荷载-轴向变形关系曲线,分析了升温时间和配筋率对受火后钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响规律,同时进行了6根钢管钢筋混凝土短柱常温静载试验,与受火后对应轴压短柱比较,最后结合相关规范/规程提出了高温作用后圆钢管钢筋混凝土轴压短柱承载力的计算式。结果表明:钢管钢筋混凝土短柱受火后仍具有较高的承载力和良好的延性;升温时间对钢管钢筋混凝土短柱火灾后刚度和延性的影响明显大于对承载力的影响;配筋率的增大对钢管钢筋混凝土短柱的火灾后承载力、刚度和延性均有提高;所提计算式的计算结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

内钢板中空方形钢管混凝土叠合柱轴压力学性能研究

为研究中内钢板中空方形钢管混凝土（CFST）叠合柱的轴压力学性能,以内钢板与钢管的强度和壁厚为参数对8个叠合短柱进行轴压试验,以截面尺寸、钢管内外混凝土强度、钢材强度、纵筋与钢管用钢量分配为参数对81个叠合短柱进行有限元分析,对典型构件受力全过程、各部分接触作用以及承载力进行研究。在美国结构设计规范ANSI/AISC 360-16、欧洲钢结构设计规范BS EN 1994-1-1、GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》和T/CECS 663—2020《钢管混凝土加劲混合结构技术规程》的组合柱承载力计算公式中增加内钢板承载力项,得到内钢板中空方形CFST叠合构件的轴压承载力计算式。结果表明：轴压荷载作用下,内钢板中空方形CFST叠合柱钢管外混凝土、内钢板、钢管、纵筋以及核心混凝土能协同工作;内钢板强度与壁厚对构件承载力、延性和刚度影响均较小;截面尺寸和混凝土强度对构件承载力贡献最大,但构件延性随着混凝土强度的增大而降低。在T/CECS 663—2020和ANSI/AISC 360-16的组合柱承载力计算公式中增加内钢板贡献项计算得到的承载力值与试验和有限元结果最为接近。     

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。     

钢管混凝土叠合柱偏心受压性能试验研究

对长细比为4.67的13个钢管混凝土叠合柱试件进行偏心受压试验,测试柱承载至破坏全过程中核心钢管、管内混凝土、管外混凝土以及管外纵筋的应力、应变分布规律,研究试件的承载机理和破坏特征,同时结合截面非线性数值分析,研究柱正截面承载力随偏心距、钢管位置系数、纵筋配筋率等参数变化的规律。结果表明：偏心受压钢管混凝土叠合短柱正截面的受力过程与钢筋混凝土短柱基本相似,破坏类型分为大偏心受压破坏,小偏心受压破坏和界限破坏3种,以受拉钢筋屈服,同时受压边缘混凝土达到极限压应变为界限破坏准则,其N-M相关曲线为二次抛物线;叠合柱横截面应变符合平截面分布,不论偏心距大小,受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎;叠合柱承载力随钢管位置系数的增大而增加,但增幅不大,故在保证叠合柱含钢率不变条件下,可以梁柱节点施工便利为主选择钢管直径;对于钢管混凝土叠合柱可参照钢筋混凝土结构采用截面极限平衡理论推导叠合柱的偏压承载力计算公式。     

火灾后钢筋混凝土短柱抗压承载力研究

<正>埃及开罗大学的研究人员对火灾后钢筋混凝土短柱的抗压承载力开展了试验研究和分析。试验包括14根受火短柱和1根常温对比短柱,试验考虑因素包括:混凝土强度、受火时间、火灾中柱的预加荷载、纵筋直径、纵筋配筋率、纵筋强度等级和受火后柱的冷却方式。建立三维非线性有限     

偏心受压钢管混凝土叠合柱耐火性能研究

基于试验验证的三维有限元模型,对火灾下方形截面钢管混凝土叠合柱偏心受压极限承载力和耐火极限的变化规律开展了参数分析。研究结果表明:与常温状态相比,在180 min升温时间内,钢管混凝土叠合柱偏心受压极限承载力的降幅可超过60%。荷载偏心率不同时,火灾下叠合柱的偏心受压极限承载力的降幅比较接近。受火面数量、截面核心面积比、截面边长和长细比均对火灾下叠合柱的偏心受压极限承载力的降幅有影响。大偏心受压钢管混凝土叠合柱的耐火极限高于小偏心受压钢管混凝土叠合柱的耐火极限。     

钢管混凝土叠合柱桥墩抗震性能参数化分析

为研究钢管混凝土叠合柱桥墩的抗震性能,文章利用OpenSEES软件进行了非线性动力时程分析,结合增量动力分析的结果,得出该类型桥墩的地震易损性曲线,获得了轴压比、纵筋配筋率、体积配箍率和截面含钢量对该类型桥墩地震易损性的影响规律。     

钢管混凝土短柱轴压性能研究

文章针对钢管混凝土短柱的轴压性能开展了研究，首先建立了数值分析模拟，通过某实际钢管混凝土短柱的轴压试验验证了有限元模型的可靠性。然后分析了钢管厚度、钢材等级、混凝土强度、配筋率对钢管混凝土短柱轴压承载力和延性的影响，最后采用各国规范对钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了评价。研究结果表明：钢管厚度、钢材等级、混凝土强度、配筋率均可以提高钢管混凝土短柱的轴压承载力，但钢管厚度和钢材等级的提升效果更为明显。钢管厚度和配筋率可以提升延性，钢材等级和混凝土强度导致延性变差。其中，配筋率对延性的改善最为有效。目前各国规范关于轴压承载力的计算方法均过于保守，美国规范更接近于试验值。     

压弯扭复合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的承载力及弯扭相关关系研究

以4个钢管约束钢筋混凝土柱(STRC)在弯扭和压弯扭复合荷载作用下的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢管约束钢筋混凝土柱的有限元模型,分别模拟试件在弯扭以及压弯扭复合荷载作用下的破坏模式和承载能力,与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。通过有限元模型参数化分析,研究钢管强度、钢管厚度、截面尺寸、混凝土强度、纵筋直径与屈服强度、箍筋直径与屈服强度以及轴力等因素对复合荷载作用下承载力的影响。研究结果表明,钢管厚度、截面尺寸、纵筋的直径与屈服强度以及轴压力是影响复合荷载作用下承载力的主要因素。当圆形截面STRC柱的轴压力达到0.3N_u(N_u为柱轴压承载力)或方形截面STRC柱的轴压力达到0.5N_u时,柱的承载力达到最大。在不同因素的影响下,相同荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的受弯承载力和受扭承载力之间的相关关系基本一致。     

方钢管钢筋混凝土轴压短柱高温后受力性能试验研究

通过6根未受火和12根明火试验后的方钢管钢筋混凝土轴压短柱静力试验,研究了升温时间和配筋率对受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响;对于升温时间30min和60min轴压短柱,分别测量了升温过程中关键位置的温度分布情况。试验结果表明：与常温轴压短柱相比,升温30min且配筋率分别为1.45%及3.26%的轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低13.4%及5.4%、20.8%及24.3%和31.9%及44.0%;对于升温60min轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低23.3%及12.8%、37.5%及39.1%和52.5%及61.5%。在试验基础上,结合GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》给出了火灾后方钢管钢筋混凝土轴压短柱剩余承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

不锈钢管螺旋筋海洋混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不锈钢管螺旋筋海洋混凝土短柱的轴压性能，以螺旋筋直径与间距、纵筋直径与数量、螺旋筋与纵筋的截面配筋率之比为变化参数，设计了17组共51个轴压短柱进行静力加载试验，观察了短柱的受力破坏过程及形态，获取了轴向荷载-位移曲线及各钢材应变曲线，基于试验数据，分析各变化参数对该类短柱的承载力、轴压延性、耗能能力、损伤发展的影响规律。结果表明：短柱破坏形态均表现为不锈钢管局部屈曲压皱和混凝土斜向剪切破坏；配置螺旋筋和纵筋可以使短柱的承载力增大14.95%,延性系数增大73.25%,耗能系数增大19.69%,并抑制短柱的损伤发展；相同换算截面配筋率下，随螺旋筋间距增大(直径增大),短柱承载力、延性、耗能均呈递减趋势；随纵筋直径增大(数量减少),短柱承载力表现为先减小后增大、延性先增大后减小、耗能递减；螺旋筋与纵筋截面配筋率最优比值为0.875。最后提出了该类短柱的轴压承载力计算式，其计算值与试验值吻合良好。     

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式, 为其灾后修复和加固提供参考。     

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。     

变截面钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究圆形变截面钢管混凝土短柱的轴压性能,采用ABAQUS有限元软件建立不同设计参数的圆形变截面钢管混凝土轴心受压短柱的有限元模型,对其进行受压全过程分析,研究了其破坏形态;同时选取截面尺寸相同的试件的中间截面为研究对象,分析了不同变角度和含钢率对中间截面的钢管与混凝土间相互作用的影响。研究结果表明:圆形变截面钢管混凝土轴压短柱荷载-变形曲线与等截面钢管混凝土短柱类似;轴心受压的变截面钢管混凝土短柱在小截面端发生破坏;随着变角度与含钢率的增加,试件中间截面的钢管与混凝土间相互作用增大。因此,截面设计参数相同时,圆形变截面柱的截面轴压承载力要强于相同截面的等截面柱。在进行变截面柱的设计时,各截面的轴压承载力可偏于安全地按等截面柱的方法计算。     

碳纤维增强复材部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能

为了揭示碳纤维布(CFRP)部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能,对7根CFRP包裹圆钢管混凝土短柱和1根圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验。通过ABAQUS软件建立了轴压作用下CFRP包裹圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,考虑了界面之间复杂接触关系和材料特性,开展了轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱力学性能的参数分析,研究了主要参数对CFRP包裹钢管混凝土短柱轴压承载力和初始轴向刚度的影响,揭示了其典型破坏模式。研究结果表明:轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的破坏模式主要包括CFRP断裂、钢管局部屈曲和核心混凝土局部压溃; CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压承载力随着材料强度、包裹层数和柱截面面积的增加而增大;其初始轴向刚度随着混凝土强度和柱截面面积的增大而逐渐增大。     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

传统风格建筑方形CFST-圆形RC截面混合柱侧移刚度及延性分析

通过4根传统风格建筑方钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)-圆钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)混合柱的低周往复加载试验,分析了传统风格建筑CFST-RC混合柱的破坏形态及侧向变形分布,根据CFST-RC混合柱的简化力学模型,给出了试件的弹性侧移刚度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。通过Abaqus有限元参数分析,得到了钢管屈服强度、混凝土强度、纵筋配筋率、上下柱线刚度比及轴压比对CFST-RC混合柱延性的影响规律。结果表明:随着钢管屈服强度、混凝土强度、纵筋配筋率的提高,传统风格建筑CFST-RC混合柱的水平承载力提高,延性降低;在一定范围内,增大上、下柱线刚度比能够提高CFSTRC混合柱的延性,但上、下柱线刚度比过大,CFST-RC混合柱的延性反而降低;随着轴压比的增大,CFSTRC混合柱的水平承载力及延性降低。     

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。