圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景,但是其承载力计算方法却没有明确的相关规定。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,基于本文和相关文献的试验数据,通过拟合得到了圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与欧洲规范(Eurocode 4)、美国规范(ACI 318-99)、日本规范(AIJ-CFT)、中国规程(CECS 28:2012)、福建省地方标准(DBJ 13-51-2003)、行业标准(DL/T5085-1999)的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明：圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。     

圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能

为研究圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行6个短柱试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管径厚比(26和42).试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高.对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件;钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点.     

方钢管约束高强混凝土短柱轴压力学性能

为研究方钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行了12个试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管宽厚比(D/t=47和70)和混凝土强度(C77和C88).试验结果表明,当D/t=70时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通方钢管混凝土构件;而当D/t=47时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力则低于普通方钢管混凝土构件;但两种构件的延性无显著差异.对构件的应力分析结果表明,方钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管在峰值荷载点后屈服;而钢管混凝土构件中,钢管在峰值荷载点前屈服.方钢管约束混凝土构件中钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件.     

CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验,研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响,得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比,CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高,且贴布层数越多,钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式,并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式,该计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管自密实轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

为了研究以免烧结粉煤灰陶粒作为骨料的钢管自密实轻骨料混凝土柱的轴压性能,首先,进行了自密实轻骨料混凝土配合比设计研究,比选出最优水胶比、陶粒掺量和粉煤灰掺量;然后,考虑含钢率、长细比等参数影响,设计了7个钢管自密实轻骨料混凝土柱试件和3个钢管自密实混凝土柱对比试件进行轴压试验研究.结果表明:钢管自密实混凝土柱的轴心受压承载力高于钢管自密实轻骨料混凝土柱;所有试件均为延性破坏,但内部混凝土破坏形态因套箍系数和长细比的不同分为弯曲破坏、强度破坏和剪切破坏;钢管在峰值荷载前进入屈服,钢管的约束使混凝土平均应变远大于峰值应变,变形性能得到显著提高.最后,基于极限平衡理论建立了轴压承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合良好.     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验

为了弥补仅设加劲肋和仅设拉杆的方钢管混凝土柱存在的性能不足,本文提出了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱.制作了1个仅设置加劲肋方钢管混凝土短柱和5个穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱,进行轴压试验,并对比分析了试件的破坏过程、破坏形态、承载力、延性等,以及加劲肋、拉杆、钢管壁的应变曲线.结果表明:拉杆直径增大对试件极限承载力的提高有限,但可以提高延性;拉杆纵向间距缩小使核心混凝土受到加劲肋和管壁的约束作用增强,试件的极限荷载和延性均有较大提高.穿孔肋拉杆的设置能增强对核心混凝土的约束作用,提高钢管壁的屈曲强度,延缓了加劲肋与混凝土之间的黏结滑移和变形,提高带肋方形钢管混凝土短柱的极限轴压承载力和延性.研究成果对穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的研究和实际工程应用有重要的参考价值.     

钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究

进行6根圆钢管再生混凝土长柱轴压的静力加载试验,观察试件受力的全过程和破坏形态,绘制出各试件的荷载-变形和荷载-应变关系曲线,分析长径比和套箍系数2个变化参数对试件变形和承载力的影响规律,采用国内外相关规程计算各试件的极限承载力并与实测值进行对比。结果表明:钢管再生混凝土轴压长柱受力过程经历了弹性阶段、弹塑性阶段和塑性下降阶段,均为弹塑性失稳破坏;长径比和套箍系数对钢管再生混凝土轴压长柱的受力性能均有影响,其中套箍系数影响较大;最后对于钢管再生混凝土长柱轴压的承载力计算及构件的设计提出建议。     

钢管约束粉煤灰钢筋混凝土轴压短柱力学性能试验研究

以混凝土中粉煤灰取代率(0、10%、30%和50%)和钢管径厚比(55、73和110)为主要参数,完成了12个钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压试验.研究了试件的破坏模式、极限承载力、荷载—应变关系等,分析了试验参数对试件力学性能的影响规律.试验结果表明:试验结束时钢管向外凸曲,径厚比为110试件的钢管出现纵向或斜向撕裂;核心混凝土发生斜向剪切破坏,钢筋被压屈.随着钢管径厚比的增加,试件的承载力和延性均降低;随着粉煤灰取代率的增加,试件的承载力降低,但达到极限荷载时的变形和钢管应变均增加,因此试件的延性增加.由试验结果分析可知,当粉煤灰取代率不大于30%,钢管径厚比不大于100时,钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的综合力学性能最优,研究成果可为实际工程应用提供试验依据.     

CFRP钢管砼核心轴压短柱承载力简化计算

目的 给出CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力的简化计算方法，指导工程实践.方法 根据试验结果进行理论分析，探讨CFRP钢管混凝土核心轴压短柱相对于CFRP钢管混凝土轴压短柱实测承载力提高率占与CFRP筒约束效应系数ξcf、钢管约束效应系数ξs以及总的约束效应系数ξ之间的关系．结果δ随着约束效应系数的减小而增加；以试验研究为基础。回归了CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力计算式并给出其适用条件．结论 计算结果与试验结果吻合良好．     

复合钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并进行了短柱受轴向荷载作用下的有限元模拟,轴压极限承载力和荷载-变形曲线的数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.受压时,方形和圆形钢管分别对核心混凝土产生约束作用,使得复合钢管混凝土柱具有较好的延性和较高的剩余承载力.基于非线性有限元模型,开展了复合钢管混凝土轴压短柱在不同参数下的受力分析.通过试验和理论分析发现,一定壁厚情况下,随着内部圆钢管直径增大,复合钢管混凝土轴压短柱极限承载力和剩余承载力的变化先增大后减小.     

基于正交试验的复合钢管混凝土轴压柱影响参数分析

采用ABAQUS有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.基于有限元数值模型和正交试验表的设计方法,设计了2水平7因子的正交试验表,以复合钢管混凝土试件的轴压承载力和单位长度工程造价的比值作为其力学性能影响参数的评价指标,根据正交试验结果的极差分析,确定了复合钢管混凝土评价指标诸因素的影响程度排列.通过对不同钢管壁厚和直径的分析,得到了极限承载力和荷载-应变关系曲线的变化规律,可为进一步的复合钢管混凝土结构分析和应用提供参考.     

用于海洋平台结构的钢管混凝土摇摆柱构造性能试验研究

为研究摇摆柱海洋平台结构的摇摆柱构造形式,研究制作了10个组合型钢管混凝土构件,采用圆钢管、圆钢管-工字钢、圆钢管-圆筒、方钢管、方钢管-工字钢、方钢管-圆筒6种截面形式进行三点弯曲试验.研究了不同形状、截面形式的组合型钢管混凝土在三点弯曲试验过程中的破坏过程,包括破坏形态、承载能力和变形能力;并且通过局部横纵比和局部应变分析加载后试件内部变化和受力特征.试验结果表明:试件在加载过程中,钢管与混凝土以及钢管混凝土中内置的型钢在不同阶段有着不同的受力特征和协同工作机理;圆钢管混凝土更有利于钢管对混凝土发挥套箍作用,从而提高构件承载能力和变形能力;内置圆筒的双圆筒截面形式构件抗剪性能最好.     

早龄期钢管混凝土短柱轴压性能试验与理论分析

为研究早龄期钢管混凝土的轴压性能,对同批次浇筑的钢管混凝土短柱进行不同混凝土龄期下的轴压试验研究,得到不同混凝土龄期下试件荷载-变形曲线和破坏形态.分析了不同龄期下试件的破坏形态、荷载-应变曲线以及极限承载力随龄期的变化规律;在已有混凝土龄期应力-应变关系基础上,将国标GB 50010中成熟期混凝土的本构关系扩展到可以适用早龄期混凝土的情况.结合上述试验建立了早龄期钢管混凝土短柱的轴压有限元模型,并对早龄期圆形和方形钢管混凝土的轴压性能进行分析,结果表明:早龄期钢管混凝土的套箍效应随着龄期的增长而增大,且圆形截面的套箍作用和受力性能明显高于方形截面;在成熟期钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的基础上,通过引入龄期套箍修正系数建立了早龄期钢管混凝土短柱的强度承载力计算公式,并采用均匀设计方法对不同龄期圆形和方形钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了模拟,从而验证了公式的适用性,而且具有较高的准确性.该研究将为钢管混凝土结构的安全施工提供参考.     

钢管聚丙烯纤维超高强石渣混凝土短柱的静力特性

以试件的直径、径厚比和混凝土强度等级为试验参数进行了19根试件的轴心抗压试验,考察了钢管聚丙烯纤维超高强石渣混凝土短柱轴心受压时的破坏形态,揭示了影响其力学性能的因素和规律.试验结果表明:钢管内填充低碳聚丙烯纤维超高强石渣混凝土可以解决由于自收缩偏大引起的钢管混凝土脱空问题;在试验参数范围内,影响试件静力特性的主要因素是套箍指标和核心混凝土强度;荷载-平均应变关系曲线可以分为4个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、承载力下降阶段和承载力回升阶段;所有试件都呈剪切型的破坏特征,残余承载力达到极限荷载的80%以上,都有较好的延性性能,极限应变达到8.67%～24.9%;最后,推荐了经回归分析得到的钢管聚丙烯纤维超高强石渣混凝土短柱轴心受压极限承载力的计算公式,计算结果与试验数据比较吻合.     

高温后方钢管混凝土双向偏压构件试验

为了更好地对高温作用后钢管混凝土的残余力学性能进行评估(特别是双向偏心构件的力学性能),为制订火灾作用后钢管混凝土的残余力学性能鉴定标准积累素材.笔者对恒高温作用后方钢管混凝土双向偏压构件的力学性能进行了15个试件的试验研究,设计了专用的双向偏心受压加载装置,并对影响构件残余力学性能的因素进行了试验分析.研究发现,高温后方钢管混凝土双向偏压构件仍有较高承载力,较好的延性,影响承载力的主要因素是温度.     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明：配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.