高强圆钢管混凝土短柱轴心受压试验研究

采用壁厚约为16 mm,强度等级为550 MPa的高强钢材,卷板并焊接制作3根圆钢管短柱,高度约为1 m,外直径约为550 mm。在钢管内填充C30强度等级混凝土,用4 000 t压力机对其进行轴心受压试验,并记录受力全过程曲线。运用3种规范的计算公式分别计算其承载力,并与试验结果进行对比。试验发现:3根高强圆钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线非常接近,极限承载力约为30 000 k N,公式计算的承载力与试验结果吻合。     

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。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。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的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。     

配筋圆钢管混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对配有纵向钢筋和箍筋的圆钢管混凝土短柱轴心受压时的受力性能进行了分析;考虑了钢管和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了配筋圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;分析了中间主应力、钢管径厚比和体积配箍率对承载力的影响.将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,二者吻合较好.结果表明:统一强度理论对于配筋圆钢管混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性,为配筋钢管混凝土柱的分析计算提供了一定的理论依据.     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

圆钢管薄壁空心混凝土短柱轴压性能试验研究

进行12个圆钢管薄壁空心混凝土轴压短柱轴压承载力的试验研究,考察轴压承载力—变形特性以及破坏模式,分析了圆钢管轴向、环向变形的发展规律,试验研究表明当薄壁混凝土壁厚达到一定厚度后,圆钢管内的薄壁空心混凝土在环向形成较好的拱效应,能有效地阻止外侧钢管局部失稳。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱的破坏模式

通过 12根圆钢管普通混凝土和 2 4根圆钢管高强混凝土轴心受压短柱的试验 ,观察并研究了钢管混凝土短柱在轴心压力作用下纵向力与纵向应变 (变形 )关系、试件横向变形、宏观变形特征、破坏机理及破坏模式 ;发现钢管高强混凝土短柱在达到最大荷载前可出现明显的剪切变形 ,最终发生剪切破坏的现象 ,通过试验结果分析了钢管混凝土破坏模式由常见的腰鼓形向剪切形转化的原因和内在变化机理。试件的基本参数为 :混凝土强度fcu=42 4～ 70 9MPa ;钢材屈服强度fy=3 2 5 3～ 3 92 0MPa ;含钢率α =8 4%～ 18 6% ;套箍系数 ξ =0 5 68～1 85 5。     

圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴心受力性能进行理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算钢管对核心型钢混凝土的约束应力,推导出圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴压承载力公式;并对影响因素进行分析。将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,结果吻合较好,说明统一强度理论对于圆钢管约束型钢混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性,可为圆钢管约束型钢混凝土柱的分析计算提供一定的理论依据。     

圆钢管再生混凝土短柱承载力试验研究

为了解圆钢管再生混凝土短柱的承载力性能,对11根试件进行轴压承载力试验,考虑的主要因素包括废弃混凝土掺入量、废弃混凝土强度、膨胀剂掺入量和钢筋配置情况。试验结果表明:在再生混凝土中掺入同强度的废弃混凝土,掺入量达50%时,试件的轴压承载力下降较小,幅度在5%以内;掺入较低强度等级的废弃混凝土,掺入量为30%,试件承载力下降超过10%;膨胀剂掺入量达水泥用量的10%时,试件承载力提升较明显;试件中配置纵向钢筋,利于构件承载力的提高。最后提出了承载力实用计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

国内外规程关于圆钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算公式的对比

短柱轴压承载力是钢管混凝土最重要的力学指标之一,但目前对钢管高强混凝土力学性能的研究不够深入,强度指标不统一,各种计算方法差异较大,给工程应用带来困难。通过分析和对比11种国内外规程中计算钢管高强混凝土轴压承载力公式的差异,根据计算理论将其分为三类:套箍混凝土理论、统一理论、叠加计算理论。结合3个大尺寸轴压短柱试验研究结果,指出基于统一理论和叠加计算理论的结果较试验值低9%~31%,偏于保守;而《高强混凝土结构技术规程》(CECS 104∶99)的计算值与试验结果最为吻合且偏于安全,适用于工程实际;4种国外规程对钢管作用于混凝土的环箍效应考虑较少甚至不考虑,不能充分利用钢管混凝土的承载能力,在进行计算或设计时值得注意。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

基于试验数据的内置圆钢管混凝土方形叠合短柱轴压强度计算方法比较

搜集了国内学者所做的71根钢管混凝土叠合柱轴压短柱的试验数据,建立了钢管混凝土叠合柱轴压试件的数据库,并进行了相关参数的统计分析。介绍了5种叠合柱轴压强度计算方法,并将试验结果与计算式预测结果进行比较,分析了各计算式对于叠合柱轴压强度计算时的适用性。结果表明:CECS 188∶20××《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(送审稿)计算式和《钢管混凝土叠合柱轴压性能研究》一文中计算式的预测结果与试验结果较为接近。最后,基于现有试验数据,分析了叠合柱中外围钢筋混凝土中箍筋的配箍特征值与内部钢管混凝土的约束效应系数比值对轴压强度的影响规律。     

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。     

角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压性能数值研究

采用有限元分析软件ABAQUS对18个角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的轴压性能进行了数值模拟研究。将角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱和圆钢管约束型钢混凝土柱的轴压性能进行对比分析,进而研究了钢管径厚比、钢骨含钢率、缀板间距等因素对试件最大荷载和延性的影响。结果表明:角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱具有良好的受压性能;角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的最大荷载和延性随着钢管径厚比和缀板间距的减小以及钢骨含钢率的增加而增大,且延性增加的幅度随之逐渐减小;钢骨含钢率处于3.87%～7.18%时,试件有较高的最大荷载和延性;缀板间距可依据普通格构式柱的设计要求取值。提出了角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压承载力建议计算公式,计算结果偏于安全保守,可用于工程设计参考。     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。     

圆钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究掺入钢纤维的圆钢管再生混凝土短柱的性能,考虑不同钢纤维掺量、不同再生混凝土取代率、不同混凝土强度等级三个因素,共设计了14个试件,对其进行轴压试验。试验结果表明：随着钢纤维掺量的增加,试件的极限承载力提高;随着再生混凝土取代率的增加,试件的极限承载力降低;随着混凝土强度的增大,试件的极限承载力提高;其中混凝土强度对极限承载力影响最大,再生混凝土取代率的影响最小。     

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较 ,达极限承载力时的破坏模式也有较大的变化