侧向冲击作用下钢管混凝土柱动力响应 试验研究及计算方法

为了揭示钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了7个钢管混凝土柱和1个部分填充钢管混凝土柱以及1个空钢管柱的水平横向冲击试验,考虑了冲击速度、冲击质量、冲击能量以及柱端约束等关键因素对钢管混凝土柱侧向冲击动力响应的影响。结果表明：与空钢管柱比较,钢管混凝土柱和部分填充钢管混凝土柱在侧向冲击荷载下的抗冲击承载力、抗变形能力提高显著;一端固支一端简支的钢管混凝土柱易发生受剪破坏,而悬臂柱则发生根部弯曲破坏;钢管混凝土柱的冲击力和残余位移均随着冲击速度、冲击能量的增大而显著增大。结合现行钢管混凝土结构设计规范,通过引入动力放大系数R和能量吸收比k提出了钢管混凝土结构柱抗冲击承载力计算方法,并明确了系数R与k的取值方法。     

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明：混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。     

钢管混凝土抗冲击性能研究现状及计算建议

介绍了钢管混凝土冲击性能的研究现状,分别对钢管混凝土构件的轴向冲击和侧向冲击两个方面的研究成果进行了概括、分析、比较。指出了目前有关钢管混凝土抗冲击研究所存在的不足,总结了应变率、冲击速度、冲击质量、冲击能量、端部约束、材料强度、钢管套箍系数、轴压比等因素对钢管混凝土抗冲击性能的影响,并在对各试验数据进行分析的基础上,为能够更方便地进行抗冲击性能设计,结合现行《钢管混凝土结构设计规范》提出了钢管混凝土构件抗轴向冲击和抗侧向冲击的计算建议。所得研究结果可丰富钢管混凝土抗冲击性能的研究思路,也为进一步深化研究提供科学参考。     

横向冲击荷载下高强钢管混凝土构件的性能

介绍一组新的关于横向冲击荷载下钢管高强混凝土构件的试验数据。对总共12个圆型钢管混凝土样本和用于对照的中空钢管进行测试。所用的钢管混凝土构件的混凝土强度达到75 MPa。建立一个有限元分析(FEA)模型来预测钢管高强混凝土构件的冲击性能,试验结果验证了这个模型的准确性。使用有限元分析模型对冲击荷载下钢管混凝土构件的性能进行全过程分析,从而了解受力状态、内力分布和抗弯承载力。最后,根据参数分析得到一个简化模型,从而计算冲击荷载下钢管混凝土构件的抗弯承载力。     

Mechanical behaviors of T-shaped concrete-filled steel tubular columns under axial impact

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明：T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

轴向冲击荷载下T形截面钢管混凝土柱受力性能研究

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明:T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

钢管混凝土在两次侧向冲击下的动力响应分析

利用落锤冲击试验研究了钢管混凝土组合结构在两次侧向冲击作用下的抗冲击性能,分析了该组合结构在侧向冲击下的变形机理,并获取了钢管混凝土试件在每次冲击过程中的冲击力时程曲线以及每次冲击后的跨中整体弯曲变形和凹陷变形数据。试验结果表明:钢管及其壁厚对钢管混凝土结构的抗冲击能力和整体弯曲变形的大小有显著影响;混凝土有效限制了结构的凹陷变形。通过无量纲量吸能系数,能够量化衡量钢管混凝土结构在每次冲击作用下的吸能能力。相比于的空钢管,钢-混凝土组合作用使得钢管混凝土结构在两次冲击荷载作用下显示了良好的抗冲击性能,即具有更小的整体弯曲和凹陷变形,以及很高的吸能能力。     

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。     

钢管混凝土与钢管再生骨料混凝土抗冲击性能研究综述

介绍了钢管混凝土（CFST）和钢管再生骨料混凝土（RACFST）抗冲击性能的研究概况,总结了钢管混凝土在应变率、高温、约束系数、材料强度、冲击能量和外包约束等不同因素影响下冲击性能的相关研究成果,列举出目前对于钢管再生混凝土研究的不足之处。根据钢管混凝土抗冲击性能以及再生骨料混凝土相关特性,推测了钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能。结果表明:钢管再生骨料混凝土具有良好抗冲击性能,相关结论为钢管再生骨料混凝土抗冲击性能的进一步研究提供了参考。     

简支钢管混凝土构件侧向冲击挠度的数值模拟

介绍了用LS-DYNA3D显式有限元程序，通过建立简支钢管混凝土模型，分析研究了钢管混凝土构件受到侧向冲击物冲击时，钢管混凝土侧向变形的影响因素及其变化规律。     

高刚度钢管混凝土的性能研究

通过Ansys有限元模型,以钢管混凝土结构为研究对象,对钢管混凝土刚度的影响因素进行了研究。主要内容如下:钢管混凝土刚度的大小,对结构力学性能的影响比较敏锐,要避免刚度削弱所带的工程危害;对钢管混凝土结构刚度的保障,提出了"强、流、密"的原则,即:高强度的外部钢管,以及高流动、高密实的内在自密实混凝土等,并提出了一些具有参考性的工程建议。     

双掺法自密实混凝土在钢管混凝土柱中的应用

钢管混凝土柱长径比较大,内充混凝土设计强度等级高,施工比较困难无法采取常规混凝土达到施工要求,因此我们通过原材料的选择、试验配比设计,用双掺法配制出高强自密实混凝土,同时对施工工艺优化设计,以此来解决钢管混凝土柱的施工难题。     

自密实混凝土技术及应用

介绍了自密实混凝土技术的概念、起源、技术特点、适用范围、工程应用等,分别对自密实混凝土工作性能的几个方面诸如流动性、填充性、粘聚力、钢筋通过性能、抗离析性能的测试方法和指标进行了讨论和分析。     

基于正交试验的钢纤维自密实混凝土配合比设计分析

自密实轻骨料混凝土由原来的单一物质变为当前使用较多的添加钢纤维自密实轻骨料混凝土,其抗裂性能以及抗水渗性能得到提升。本文针对国内外钢纤维自密实混凝土进行分析,使用绝对体积法,确定钢纤维自密实混凝土的最终配合比。     

自密实混凝土配制和应用

自密实混凝土即拌合物具有很高流动性而不离析、不泌水 ,能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。钢管混凝土柱的核心混凝土采用泵送顶升工艺施工的关键是配制自密实混凝土。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

Experiment investigation of stress concentration factor of concrete-filled tubular T joints

The aim of this paper is to study the stress concentration factors of concrete-filled tubular T joints subject to axial loading and in-plane bending. Experimental investigation was performed to investigate the Hot Spot Stress distribution along the intersection of chord and brace. Five tubular T joint specimens with self compacting concrete-filled chords were tested. In addition, three hollow steel tubular T joint specimens were also tested for comparison. Generally, it is shown that the concrete filling effectively reduces the peak stress concentration factors. The stress concentration factors obtained from the test results were compared against predictions from some well-established existing stress concentration factor equations. Generally, the predictions from those equations are very conservative for concrete-filled specimens.     

自密实混凝土技术及其工作性能测试方法

介绍了自密实混凝土技术的基本概念、发展历程、应用现状、技术特点等,着重阐述了自密实混凝土工作性能的测试方法,分别对工作性能的流动性、填充性、黏聚力、钢筋通过性能、抗离析性的测试方法和控制指标做了详细分析和论述.     

钢纤维自密实高强混凝土的制备技术

通过坍落扩展度、T500、U型仪和L型仪等测试方法探讨了不同水胶比、砂率及不同钢纤维掺量条件下,钢纤维自密实高强混凝土的制备技术,研究了不同条件下制备的钢纤维自密实高强混凝土力学性能。结果显示,在试验条件下,适宜水胶比及砂率条件下钢纤维混凝土满足自密实混凝土工作性能要求;随着钢纤维掺量的增加,钢纤维自密实混凝土的强度提高,混凝土流动性降低。研究制得的钢纤维高强混凝土在满足自密实性能要求条件下,抗压强度达到CF90技术要求,抗折强度>11.0 MPa。     

钢管混凝土柱数值模拟与分析

采用非线性有限元分析方法,进行了钢管混凝土柱轴压状态下的数值模拟及分析。其中钢管采用理想弹塑性本构关系模型,核心混凝土采用约束混凝土本构关系模型。其中分析了6个圆钢管混凝土柱在轴向压力作用下的静力性能,分析结果与试验结果吻合较好,证实了该模型的合理性,可为今后的分析提供一定的参考。