方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明:中空率为0.69的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破 坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载 下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等 参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部 件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内 ,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、 冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较 短。     

不同材料内管的圆中空夹层钢管混凝土构件轴压性能研究

为了研究不同材料内管对圆中空夹层钢管混凝土构件力学性能的影响,设计了内管为钢管、PVC管和PPR管的3种、共5根圆中空夹层钢管混凝土试件。对所有试件进行轴压试验并对其整体和内部的破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线、平均应力-应变关系曲线及横向应变发展规律进行分析,运用有限元分析软件ABAQUS对试件进行了轴压全过程模拟。结果表明:PVC内管和PPR内管试件破坏时的斜向鼓曲更为明显,其极限承载力、组合弹性模量和延性均逊于钢内管试件;PVC内管试件的横向应变发展最快;提出的有限元模型能够较好地模拟所有试件的前期刚度和钢内管试件的极限承载力;与钢内管相比,PVC管和PPR管在轴压全过程中仅承担微小的轴向荷载,且其与夹层混凝土的相互作用几乎为零;PVC内管的圆中空夹层钢管混凝土构件不可用于承重结构中,而PPR内管的圆中空夹层钢管混凝土构件可用于工程中。     

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。     

圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

分别进行了十四个轴心受压构件和十二个偏心受压构件的试验研究 ,二种构件的试验参数分别为钢管径厚比和空心率 ,构件长细比和偏心率。在确定组成圆中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件的荷载 -变形关系进行了全过程分析 ,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上 ,提供了圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件承载力实用验算方法。     

中空夹层钢管混凝土试件抗冲击试验研究及有限元分析

为研究中空夹层钢管混凝土试件的抗冲击性能,利用DHR-9401式落锤试验机对6根中空夹层钢管混凝土和2根双层空钢管试件进行抗冲击试验研究。通过冲击力传感器、高速摄影仪和动态应变仪记录不同冲击能量下中空夹层钢管混凝土的冲击力、跨中挠度和特定点的应变,并对比中空夹层钢管混凝土直管、锥管、双层空直管和双层空锥管试件的抗冲击性能。最后基于非线性有限元软件ABAQUS对试验进行模拟。研究结果表明:中空夹层钢管混凝土试件的抗冲击性能明显优于双层空钢管试件的抗冲击性能;中空夹层钢管混凝土直管试件的抗冲击性能优于锥管试件;随着冲击能量的增加,试件的变形随之增大;模拟结果与试验结果吻合较好。     

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞性能研究

大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞击性能有其自身特点,利用有限元软件ABAQUS建立考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件的侧向撞击模型,对比了不同初始几何缺陷组合下空心率范围为0.2～0.9构件的抗撞击性能;在此基础上讨论了初始几何缺陷对空心率为0.8构件撞击响应的影响,并对影响大空心率构件撞击响应的主要参数进行分析;最后基于参数分析结果和静态荷载作用下的荷载-局部压痕关系,给出大空心率中空夹层钢管混凝土构件在侧向撞击荷载作用下撞击力-局部变形简化预测公式。结果表明：与无几何缺陷构件相比,考虑初始几何缺陷时构件的撞击力平台值降低,局部变形增大,当空心率达到0.8时,几何缺陷的不利影响最显著,构件的撞击力平台值下降10.6%,跨中局部变形增大20.4%。提高名义含钢率和减小内钢管径厚比可有效减小初始几何缺陷对该类构件抗撞击性能的不利影响,而改变材料强度对该类构件抗撞性能影响相对较小。给出的简化计算公式可以较好地预测有无初始几何缺陷的大空心率构件在侧向撞击荷载下的撞击力-局部变形曲线。     

受火后内配型钢方钢管混凝土构件抗侧向撞击性能试验研究

为了研究火灾后内配型钢钢管混凝土构件的抗侧向撞击性能，进行了9个受火后构件的侧向撞击试验，考察了受火时间、撞击高度、边界条件对构件破坏形态和撞击响应的影响。分析了受火后构件的温度场、撞击过程、破坏形态、撞击力时程、挠度发展和能量吸收，基于等效塑性铰模型给出侧向撞击下构件跨中最大挠度的简化计算方法。试验结果表明：火灾后内配型钢方钢管混凝土构件在侧向撞击下发生整体弯曲破坏，表现出较好的抗撞性能。与未受火内配型钢的构件相比，受火60 min后构件所受撞击力平台值下降23.9%,跨中最大挠度和撞击持续时间分别增大38.2%和41.5%。随着撞击高度从1.0 m增加至2.6 m,受火后构件跨中最大挠度增加114.7%,撞击力平台值提高14.2%。在钢管混凝土中配置型钢可以显著提高构件所受撞击力平台值，减小构件的破坏程度和跨中挠度，内配型钢对受火后构件的抗撞击性能提升更显著。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

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.     

大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能研究

为研究大空心率圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回性能,对10个圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯试件(8个往复加载和2个单调加载试件)进行试验研究。考察空心率(0.6和0.8)和轴压比(0、0.2、0.4和0.6)对试件的破坏模态、P-Δ关系曲线和滞回性能的影响,并建立数值模型对单调加载的压弯试件的受力机理进行分析,最后讨论了圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯构件侧向承载力简化计算方法。研究结果表明,两种空心率试件的破坏形态基本一致,表现为试件下部不同程度的局部破坏;往复压弯试件的P-Δ曲线较为饱满,表现出较好的滞回性能。空心率从0.6增加到0.8对试件的侧向承载力和延性影响较小,两种空心率下的峰值荷载平均相差约3%。随着轴压比增加,试件的极限荷载降低,延性逐渐变差。往复加载试件的强度退化不明显,空心率为0.8的试件刚度退化更显著。试件的平均位移延性系数为3.56,平均黏滞阻尼系数为0.322,表现出较好的耗能能力。当空心率为从0.6增加到0.8,试件的黏滞阻尼系数平均提高15%。     

钢绞线-钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土结构的抗震性能和可恢复功能,设计了4个不同轴压比和不同边缘构件箍筋形式的钢绞线 钢筋混凝土剪力墙试件并进行低周反复荷载试验,研究了剪力墙在反复荷载作用下的裂缝发展规律和破坏形态,探讨了轴压比与边缘构件箍筋形式对剪力墙的滞回特性、变形能力、钢筋应力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能(残余变形、残余裂缝)的影响。研究结果表明：随着轴压比的增大,试件的侧向变形能力降低,在同一位移角下的水平荷载增大,残余变形有所增大。与边缘构件中配置圆形箍筋的试件相比,配置复合箍筋的试件的极限荷载和侧向变形均有提高,当轴压比相同时,其残余变形较小。     

方中空夹层钢管混凝土横向局压性能研究

为研究方中空夹层钢管混凝土的横向局压性能,利用ABAQUS软件建立了非线性有限元分析模型,同时以压杆与试件外边长比和空心率为参数,进行了6个试件的试验研究,分析比较了试件破坏形态、荷载 位移曲线、荷载 应变曲线和承载力模拟结果与试验结果的差异及其产生的原因。结果表明:横向局压荷载作用下方中空夹层钢管混凝土具有较好的力学性能;有限元模拟得到的方中空夹层钢管混凝土横向局压性能总体上与试验结果吻合良好。     

Experimental behavior of concrete filled double steel tubular (CFDST) members under low velocity drop weight impact

Thirty-one tests under low velocity drop weight impact were carried out to examine the residual failure modes and the time history of the impact forces, global deformations and strains of concrete filled double steel tubular (CFDST) members in this paper. The parameters varied in the testing program include the column type (straight and tapered), the boundary conditions (simply supported and fixed), the axial load level and the impact energy. The results showed that all CFDST members behaved in a ductile manner and the residual deformation consisted of local deformation at the impact section, as well as the overall bending deformation. Compared to hollow double steel tubes, the CFDST members under the same applied impact energy demonstrate superior impact behavior in terms of higher energy absorbed, smaller global deformation and local deformation due to the interaction of the sandwich concrete and double skin steel tubes. The influence of key parameters on the dynamic resistance ability of CFDST is discussed.     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

Concrete-filled double skin (SHS outer and CHS inner) steel tubular beam-columns

A series of tests on concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns (14), beams (four) and beam-columns (12) were carried out. The specimens had square hollow section (SHS) as outer skin and circular hollow section (CHS) as inner skin. A mechanics model is developed in this paper for the CFDST stub columns, columns and beam-columns. A unified theory is described where a confinement factor (ξ) is introduced to describe the composite action between the steel tubes and the sandwiched concrete. The load versus axial strain relationship for CFDST stub columns is predicted. Simplified model is derived for section capacities of CFDST. The predicted beam-column strength is compared with that obtained in beam and beam-column tests. The load versus mid-span deflection relationship for CFDST beams and beam-columns is predicted. A simplified model is developed for calculating the member capacity of the CFDST beams. Simplified interaction curves are derived for CFDST beam-columns.     

Investigation on square concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing force: Experiments

Experimental studies on the behaviour of concrete filled double-skin steel tube (CFDST) subjected to local bearing forces are presented in this paper. Sixteen specimens were prepared and tested with the included angle between bearing member (BM) and compression member of 45° and 90°, whilst both the inner and outer steel tubes of the CFDST specimens are square hollow sections (SHS). The main parameters in the tests were: 1) outside width ratio between BM and compression member: from 0.4 to 0.6; 2) hollow ratio of CFDST: from 0 to 0.6; 3) wall thickness of outer steel tube: 3.05 mm and 3.95 mm; and 4) cross-section of BM: solid and hollow. The failure pattern, load versus deformation curve, bearing capacity and corresponding deformation at bearing capacity of the tested specimens are presented and analyzed. The experimental results show that, while subjected to local bearing forces, CFDST specimens have a high bearing capacity and a good deformation-resistant ability. The calculated bearing capacities of CFDST under local bearing forces using the proposed formulae in the paper are evaluated by comparison with the experimental results.     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

Seismic behavior and shear strength of tubed RC short columns

Reinforced concrete (RC) short columns are vulnerable to brittle shear failure during an earthquake. The objective of this research is to evaluate the performance enhancement of RC short columns tubed with circular or square tubes. Eight short columns were tested under combined constant axial load and cyclic lateral load. The tested specimens included three circular tubed RC (CTRC) columns and three square tubed RC (STRC) columns. Two common RC short columns including one circular RC column and one square RC column were also tested as control specimens. The test results indicated that common RC short columns suffered brittle shear failure with little ductility, while the ductility of tubed RC short columns was excellent due to the effective confinement of the outer thin tube to the core concrete. The lateral load strength of CTRC short columns increases with the increasing of axial load ratio, while the axial load ratio has little effect on the plastic deformation capacity of CTRC short columns. The shear strength increases with increasing of axial load ratio, while the plastic deformation capacity decreases with increasing of axial load ratio for STRC short columns. A circular tube prevents the core concrete from shear failure more effectively than a square tube for the tubed RC short columns. A modified ACI design method is adopted to calculate the nominal shear strength of STRC columns as well as CTRC columns based on the test and analysis results.