圆钢管活性粉末混凝土轴压力学性能研究

进行22根圆钢管活性粉末混凝土轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和工作全过程。试验研究表明:圆钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90%~95%;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗、试件的上下两端明显局部鼓曲。在分析国内40个试件试验结果的基础上,研究建立了圆钢管活性粉末混凝土峰值应力、峰值应变、平台应力等理论特征参数的计算方法和应力-应变全曲线方程,验证对比了有关技术规程中圆钢管混凝土基本构件承载力的计算方法,最后建议了圆钢管活性混凝土轴压短柱极限承载力统一计算公式。     

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。     

圆钢管约束超高性能混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）短柱的套箍效应和轴压承载力,进行了12根钢管约束超高性能混凝土短柱的轴压试验,分析其破坏模式、变形及受力全过程。试验结果表明：钢管约束超高性能混凝土轴压短柱破坏模式与套箍系数相关,随着套箍系数的增大,轴压短柱分别出现剪切破坏、混合破坏和腰鼓破坏;套箍系数较小（0.43~0.52）的短柱,其破坏全过程中弹塑性段较短,表现出较明显的脆性破坏,当套箍系数较大（1.21~1.80）时,短柱破坏时的塑性明显增强。基于试验验证的有限元模型,参数分析表明,钢管套箍效应产生的承载力提高系数介于1.2~1.4之间;在0.43≤ξ≤1.08范围内,承载力提高系数随套箍系数增大而增大,建议径厚比的取值范围为12.0~23.0。通过对现有钢管约束混凝土承载力计算方法分析,提出了钢管约束超高性能混凝土轴压短柱承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

轴向荷载下双层箍筋混凝土柱的力学性能分析

为减小钢筋混凝土柱的截面尺寸并改善其延性,试验设计9根双层箍筋约束混凝土柱和3根单层箍筋柱。以箍筋约束混凝土柱为研究对象进行轴向加载试验,根据试验结果提出双层箍筋约束混凝土柱峰值荷载的理论计算公式;试验通过对比各组试件的荷载-应变曲线,定性地分析了配箍特征值对双层箍筋约束混凝土柱延性的影响,并得到构件的应变延性系数在1.24~2.70之间;通过分析横向变形系数与轴向应变的关系曲线,揭示了试件的破坏机理。     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力分析

为研究钢管混凝土核心柱这一组合柱的轴压力学性能,以组成组合柱的钢管混凝土和管外箍筋约束混凝土两部分的应力-应变关系为基础,外围箍筋约束混凝土应用Mander本构模型,视钢管混凝土为一种组合材料,基于静力平衡及变形协调,推导了外围箍筋对其内混凝土平均约束应力,分析了组合柱轴压荷载-变形曲线规律,讨论了箍筋约束混凝土峰值应变小于以及大于钢管混凝土屈服应变时该柱轴压承载力,建议了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力计算方法,经与47个试件试验结果对比,吻合良好。     

方钢管UHPC短柱轴压性能试验研究

为研究方钢管UHPC短柱试件的轴心受压性能,以钢管厚度、UHPC强度、钢材强度为参数,完成了 16组方钢管UHPC短柱试件轴心受压试验.依据试件的破坏模式、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线发展变化规律对方钢管UHPC短柱的承载力、延性和轴压机理进行了分析.试验结果表明:方钢管UHPC短柱轴向荷载-变形曲线可分弹性、弹塑性和塑流三个阶段;轴向荷载-变形曲线形状与套箍系数密切相关,依据塑流阶段不同可分为下降型、平缓型和上升型三类;钢管与UHPC之间的相互作用具有滞后效应,主要发生在塑流阶段;随套箍系数增大,短柱试件延性和承载力有增大趋势,但延性增加更显著,钢管与UHPC之间的相互作用主要体现在改善UHPC延性上;基于延性和经济性指标,建议方钢管UHPC轴压短柱的套箍系数不宜大于3.     

方钢管活性粉末混凝土轴压柱力学性能试验研究

通过方钢管活性粉末混凝土轴压柱试验,以长细比、含钢率为试验变量,研究了试件的破坏形态、荷载-位移和荷载-应变曲线,并将试验承载力与普通钢管混凝土柱承载力计算公式得到的结果进行了对比。试验表明:方钢管活性粉末混凝土轴压柱的破坏形态分为腰鼓形破坏和剪切形破坏两种,其中剪切形破坏的试件试验后期强化作用明显,极限承载力随着钢管套箍系数的增大而逐渐增大,方钢管RPC柱的荷载-位移全曲线可分为:线弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和强化阶段,部分试件还存在荷载持平阶段。     

薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

对7种不同截面形式的12根钢管混凝土短柱进行了轴压力学性能试验,观察了12根短柱的试验过程和破坏形态,获得轴压短柱的荷载-位移曲线,分析了套箍系数ξ对轴压短柱力学性能的影响;基于试验荷载-位移曲线,给出短柱的极限承载力,为不同截面形式的钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式的建立提供依据。     

薄壁方形钢管再生块体混合短柱破坏形态分析

为揭示方形钢管再生块体混合构件的受力性能及破坏机理,对薄壁方形钢管再生块体混合短柱的荷载-变形曲线进行全过程分析;并以轴压破坏形态为切入点,从钢管宽厚比、核心混凝土强度、加劲肋等套箍系数因素对试件破坏形态的影响进行了分析。研究结果表明:在破坏阶段不带肋试件呈软化特性,带肋试件呈加劲特性;薄壁方形钢管再生块体混合短柱的主要破坏形态为试件中部腰鼓形压皱破坏,核心组合混凝土试件中再生块体先在块体卵石与旧混凝土界面产生裂缝,随后卵石被压碎而发生破坏;随套箍系数的增大,钢管对核心混凝土约束作用增强,则趋于腰鼓形破坏,反之发生剪切形破坏。通过研究建立薄壁方形钢管再生块体混合短柱的破坏模型。     

圆钢管约束陶粒混凝土短柱的单轴受压试验研究及承载力计算

通过对14根圆钢管约束陶粒混凝土短柱进行单轴受压试验,研究钢管屈服强度、径厚比和钢管与陶粒混凝土的接触对其破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载-横向变形系数和承载力的影响。结果表明：轴压作用下,试件均为剪切破坏,剪切角约60°,荷载-位移曲线无明显下降段。D/t≥19时极限承载力随着径厚比的减小而增大。钢管屈服强度越高,钢管与混凝土间贴膜,钢管对混凝土的约束作用越大。不考虑钢管与混凝土间接触的影响,计算结果与试验结果吻合较好。     

圆钢管活性粉末混凝土界面黏结性能

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能,以径厚比、长径比和混凝土抗压强度为变化参数,设计了21个圆钢管RPC试件并对其进行静力推出试验。分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管表面应变分布,结果表明：钢管RPC的荷载-滑移曲线分为峰值荷载点后有明显下降段、峰值荷载点后曲线平稳和曲线持续上升三类,取峰值点或第一拐点对应的荷载为黏结破坏荷载;界面初期黏结力由化学胶着力提供,随后转化为机械咬合力和摩阻力,后期则主要由界面摩擦力提供;钢管RPC的黏结强度随着套箍系数增加而增大,钢管主要在加载后期发挥约束作用,其表面纵向应变沿高度方向大致呈指数分布。考虑长径比和套箍系数对实测黏结强度的影响,建立了考虑双因素影响的钢管RPC黏结强度计算模型,理论计算结果与实测结果吻合较好。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

钢管超高强石渣混凝土轴压短柱静力性能试验研究

通过14个钢管超高强石渣混凝土短柱试件的轴压试验,考察其破坏形态,分析混凝土强度、试件的直径、径厚比等参数对其力学特性的影响。试验结果表明:以较低的水泥消耗量配制的超高强石渣混凝土填充至钢管内,钢管与核心混凝土界面密实,没有脱空的现象;在试验参数范围内,试件的套箍指标和混凝土强度是影响其静力特性的主要因素,试件的峰值荷载、低谷荷载及二次峰值荷载与核心混凝土的名义承载力(f_cA_c)之比基本与套箍指标成线性关系,但变化规律有别;试件的荷载-轴向平均应变曲线可以分为四个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、荷载下降阶段和荷载回升阶段;套箍指标较小时,弹塑性段较短,下降段陡峭,峰值荷载后荷载下降幅值较大;套箍指标较大时,弹塑性上升段和荷载下降变形曲线较平缓,峰值荷载后荷载下降幅值较小;所有试件都呈剪切型的破坏特征,有较高的残余承载力和良好的延性;最后,给出了经回归分析得到与试验结果比较吻合的钢管超高强石渣混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式。     

CFRP-钢管RPC短柱的轴压试验研究

对12根核芯为100～160MPa强度等级的活性粉末混凝土(RPC),外部约束为壁厚2、4mm的钢管和2层碳纤维增强复合材料(CFRP)的CFRP-钢管RPC(CRST)短柱进行试验研究.结果表明:与普通混凝土相比,RPC的抗压强度更高,其在无外部约束状态下的脆性更加明显,达到极限承载力时对应的应变较大;CRST短柱主要发生剪切破坏和端部压缩外鼓破坏,其载荷-位移曲线可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段和平台阶段;考虑CFRP和钢管对核芯RPC的双重约束,提出了用影响系数IF表示CFRP和钢管对极限承载力的提高程度,并通过线性回归拟合得到了IF的表达式;同时假设CRST短柱在到达极限承载力时钢管已屈服,采用极限平衡分析的方法对CRST短柱的极限承载力进行了简化计算,得到了与试验结果吻合良好的拟合公式.     

高强方钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

为研究高强方钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压承载性能,进行了40根高强方钢管UHPC短柱轴压荷载试验。结果表明：套箍系数是影响方钢管UHPC短柱轴压破坏过程和形态的主要因素,极限荷载随套箍系数增大而增大,核心UHPC强度提高幅度均值为15%。比较分析了多部现行规范、规程的承载力计算方法的差异,相关规范与规程中不考虑钢管约束效应时,其承载力计算值的均值低于试验极限荷载值,考虑约束效应的参数适用性受限。并基于叠加原理采用线性回归分析和考虑等效约束作用分别建立了高强方钢管UHPC短柱轴压承载力的实用计算式和理论分析式。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。