钢管混凝土组合柱轴心受压承载力计算方法

简要介绍了钢管混凝土组合柱轴心受压承载力已有的主要计算方法。在提出组合柱轴压承载力极限状态及组合柱轴压峰值应变的基础上,建立了组合柱轴压承载力计算公式。采用该文公式计算了34个组合柱试件的轴压承载力,计算值与试验值符合良好。为使轴心受压组合柱的峰值应变大于管外箍筋约束混凝土的轴压峰值应变、小于钢管混凝土的轴压峰值应变,提出了钢管混凝土截面面积在组合柱总面积中所占比例的上限值建议。     

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

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。     

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。      

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。     

新型CFRP-UHPC组合管混凝土圆柱轴压性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)管替代碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢管混凝土组合柱中钢管的可行性,提出一种外部缠绕CFRP的UHPC预制管、内部现浇填充普通混凝土的新型CFRP-UHPC组合管混凝土(Concrete-filled CFRP-UHPC tube,CFFUT)柱。对10个CFFUT圆柱(包含2个对比柱)进行了单调轴压试验,研究了UHPC管壁厚度、CFRP环向包裹层数和核心混凝土强度等的影响规律。结果表明：CFRP-UHPC管可以有效提高组合柱的承载力、变形能力和延性;CFFUT圆柱破坏形态为核心混凝土压溃、UHPC管开裂和CFRP拉断,破坏后整体性较好,属延性破坏模式;CFFUT圆柱的极限承载力与UHPC管壁厚度、CFRP层数和核心混凝土强度呈正相关;延性系数随UHPC管壁厚度、CFRP层数增加而提高,随核心混凝土强度增加先提高后降低。揭示了CFFUT柱的界面增强作用机制,CFFUT柱极限承载力与同等截面普通混凝土柱相比提高93.9%～203.5%,且CFFUT柱极限承载力一定程度上与CFRP-钢管混凝土柱相当。建立了CFFUT圆柱轴压极限承载力理论计算模型,并通过有限...     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

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。      

GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱试验研究

通过8根GFRP管钢骨高强混凝土组合柱偏心受压试验,研究了GFRP管纤维缠绕角度、管壁厚度、长细比及偏心距等参数对组合柱受力性能的影响.试验结果表明:组合柱承载力随着GFRP管壁纤维缠绕角度的减小、管壁厚度的增加而提高,随着长细比增大、偏心距增加而降低.根据试验研究与理论分析,建立GFRP管钢骨高强混凝土偏心受压组合柱...     

玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心的受压性能

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴心受压性能,本研究编制了空心柱轴心受压非线性分析程序,系统地分析了空心率、玻璃纤维管管壁厚度、混凝土强度等级及配筋率等主要参数对其轴心受压性能的影响,通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压承载力计算公式.研究结果表明:利用所编制的轴心受压非线性分析程序与所建立的轴压承载力公式对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心受压性能分析的计算结果与试验结果均吻合较好,轴心受压承载力随空心率的减小、玻璃纤维管管壁厚度的增加、混凝土强度的增大及配筋率的提高而增加,空心率对轴心受压承载力影响最大,其次是玻璃纤维管管壁厚度和混凝土强度等级,配筋率对其影响相对较小,研究结论可为该结构在设计和施工中提供参考依据.     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明：高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的受力分析

为了研究钢纤维对钢管高强混凝土短柱轴压力学性能的影响,对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验。根据试验中测得的钢管横向应变和纵向应变结果,采用内力分解法分析了钢管与钢纤维高强混凝土的应力变化以及两者之间的相互关系。结果表明：钢纤维对钢管高强混凝土短柱的横向变形影响较大,掺入钢纤维能有效...     

Stress-strain behavior of concrete columns confined with hybrid composite materials

A new type of concrete columns was developed at the University of Alabama in Huntsville for new construction to achieve more durable and economical structures. The columns are made of concrete cores encased in a PVC tube reinforced with fiber reinforced polymer (FRP). The PVC tubes are externally reinforced with continuous impregnated fibers in the form of hoops at different spacings. The PVC acts as formwork and a protective jacket, while the FRP hoops provide confinement to the concrete so that the ultimate compressive strength and ductility of concrete columns can be significantly increased. The volume of fibers used in this hybrid column system is very modest compared to other existing confinement methods such as FRP tubes and FRP jackets. This paper discusses the stress-strain behavior of these new composite concrete cylinders under axial compression loading. Test variables include the type of fiber, volume of fiber, and the spacing between the FRP hoops. A theoretical analysis was performed to predict the ultimate strength, failure strain and the entire stress-strain curve of concrete confined with PVC-FRP tubes. Test results show that the external confinement of concrete columns by PVC-FRP tubes results in enhancing compressive strength, ductility and energy absorption capacity. A comparison between experimental and analytical results indicates that the models provide satisfactory predictions of ultimate compressive strength, failure strain and stress-strain response.     

FRP筋/珊瑚混凝土柱轴心受压承载力

对8根塑料纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/珊瑚混凝土轴心受压柱和1根钢筋/珊瑚混凝土轴心受压柱进行了承载能力试验,试验参数包括配筋率、箍筋间距、长细比和筋材种类。结果表明:相同配筋率下,FRP筋/珊瑚混凝土柱和钢筋/珊瑚混凝土柱的破坏机制不同,但受力性能良好;相同构件尺寸下,增大纵筋直径导致纵筋与混凝土保护层的黏结性能降低;减小箍筋间距有利于提高构件的延性;长细比越大的构件承载力越低。然后,基于筋材压缩性能试验的数据分析及参考文献的对比探讨,建议碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋名义屈服强度取值为0.34f_y(f_y为筋材的极限抗压强度),对应的理论值与试验结果相近,从而提出适用于CFRP筋/珊瑚混凝土柱的理论计算,为工程实践提供参考依据。      

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

钢套管再生混凝土加固柱抗震性能及影响参数研究

通过1个未加固的钢筋混凝土柱和9个钢套管加固钢筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了钢套管加固柱的抗震性能。随后在ABAQUS中,利用经试验校验的纤维梁模型,进行钢套管再生混凝土柱的数值模拟,并对相关影响因素进行参数化分析。结果表明：经钢套管再生混凝土加固后,钢筋混凝土柱的抗震性能显著提升;在所研究的参数范围内,轴压比小于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大而提高,但轴压比大于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大显著下降,且损伤发展速度加快;钢套管厚度能提升加固柱的抗震性能,但提升幅度随厚度的增加而减缓;原柱轴压比对加固柱的力学性能和破坏模式有较大影响,且初始压弯组合应力显著降低高轴压比加固柱的压弯承载力;在钢套管的有效约束下,再生混凝土对构件整体承载力的影响不明显,但使得构件的抗震性能有所下降。     

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。      

RC圆柱受弯承载力极限值计算方法研究

运用数值计算方法对钢筋混凝土(RC)圆柱破坏时截面受弯承载力极限值进行计算,计算时考虑了箍筋对混凝土的约束效应和纵筋应力强化效应。计算结果显示截面受弯承载力极限值比规范规定的理论值有较大增加,特别是在轴压较高、箍筋约束效果明显时。截面受压区高度计算是RC圆柱截面受弯承载力计算的关键。圆柱破坏时截面受压区高度主要受轴压比、配箍特征值和纵筋配筋特征值三个参数影响。根据数值计算的结果进行回归,提出了受压区对应圆心角απ计算方法。在此基础上通过理论分析并结合95个大比例试件试验结果,提出截面受弯承载力极限值计算方法,计算结果与试验结果吻合很好。参数分析的结果表明在轴压比为0.6时截面受弯承载力极限值比规范公式计算值能提高60%左右,这一显著的弯矩强化效应值得在设计中引起重视。     

预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究

对33个预应力钢箍加固混凝土圆形短柱(PSHC)及9个对比柱进行轴压性能试验,研究配箍率(包括钢箍间距、混凝土柱直径)、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC承载能力和变形能力的影响。结果表明:PSHC的承载能力和变形能力相比于对比柱,可分别提高107%和540%。加固效果会随着钢箍配箍率的增加而变好;预应力比逐渐增加时PSHC承载能力逐渐增加,峰值应变逐渐降低;初始轴压比的大小不会对加固效果产生明显影响,预应力钢箍加固混凝土柱技术可以作为一种不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承载力计算方法,用该文试验和其他学者试验数据进行验证,计算结果与试验结果吻合良好。     

低周反复荷载下钢纤维高强混凝土柱延性试验研究

通过2根钢纤维高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的压弯性能试验,研究了轴压比、钢纤维含量特征值、箍筋含量特征值、剪跨比和纵向配筋等因素对钢纤维高强混凝土柱延性性能的影响规律,结果表明:钢纤维对改善高强混凝土柱的脆性破坏性质并提高其延性具有明显效果,但钢纤维和箍筋对高强混凝土柱的延性提高作用机理不同,不能采用钢纤维等量(体积率相同)取代箍筋的方法使高强混凝土柱获得等同的延性性能.提出了钢纤维高强混凝土柱的位移延性系数计算公式,可供工程设计应用参考.