Concrete filled double skin circular stub columns under compression

Concrete filled double skin tubular (CFDST in abbreviation) stub columns consist of double concentric thin steel tubes and filled concrete between them. Their mechanical behaviors under axial compression were investigated experimentally. Two testing parameters considered were inner-to-outer diameters ratio and diameter-to-thickness ratio. Observed failure modes were controlled by the local buckling of both the tubes associated with shearing failure of the filled concrete. Main discussion is given on confinement effect by the outer tube to the filled concrete strength. Equations to estimate their ultimate strengths under compression were proposed based upon the yielding strengths of the tubes and the filled concrete cylinder strength.     

中空夹层圆钢管混凝土短柱的受压分析

中空夹层钢管混凝土(CFDST)短柱由两个同心薄壁圆钢管组成,两个钢管中间填充混凝土。其在轴压作用下的力学特性已经通过大量试验进行了研究。两个试验参数分别为内外径比和径厚比。观察到的失效模式由内外两个钢管的局部屈曲和填充混凝土的剪切破坏控制。主要讨论了外层钢管对混凝土的约束效应。基于钢管和填充的混凝土柱体的屈服强度,提出了预测其在压力作用下极限强度的公式。     

钢管混凝土界面附近的局部承压实验研究

为了保证钢管混凝土梁柱节点剪力的可靠传递，常需在钢管内设置抗剪连接件。抗剪连接件的承载能力与其下混凝土的局部承压强度有关，为此，本文进行了２１个钢管混凝土在界面附近的局部承压试验，局压垫板形状分为环形和花瓣状条形，以模拟环形和钉形抗剪连接件。根据试验结果，探讨了钢管混凝土界面附近局部承压的工作机理，并给出了计算公式。     

钢管高性能混凝土受弯构件的静力性能(Ⅰ):试验研究及有限元模拟

为给辽宁省地方标准的编制提供依据,对钢管高性能混凝土受弯构件的静力性能展开研究。通过18个试件(内填自密实混凝土的立方试块抗压强度标准值为96 MPa)的静力试验,发现钢管高性能混凝土受弯构件的跨中弯矩-曲率曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。试件挠曲线接近正弦半波曲线,钢管纵向应变基本符合平截面假定,环向受压的钢管对混凝土没有约束力。应用有限元法模拟了试件的跨中弯矩-曲率曲线和变形模态,模拟结果与试验结果吻合良好。总体而言,钢管高性能混凝土受弯构件与普通钢管混凝土受弯构件在静力性能方面没有本质区别。     

矩形钢管自密实混凝土的钢管-混凝土界面粘结性能研究

钢管混凝土构件在受力过程中,钢管及核心混凝土间的粘结性能一直是设计和研究人员关注的热点问题之一。合理确定钢管与核心混凝土间的粘结强度,是进行钢管混凝土梁柱节点设计的重要前提。通过对矩形钢管自密实混凝土构件界面粘结性能进行的试验研究,对钢管自密实混凝土与钢管普通混凝土进行比较。结果表明,自密实混凝土可以提高钢管与混凝土间的界面粘结强度。最后,提出粘结强度的简化计算公式和粘结应力-相对滑移关系的简化模型。     

长期荷载作用对圆钢管混凝土压弯构件力学性能影响的研究

基于ACI (1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,本文提出一种适合于长期荷载作用下圆钢管混凝土构件变形的计算方法 ,理论结果和试验结果基本吻合。在此基础上 ,分析了加载龄期、持荷时间、轴压比、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级和荷载偏心率等因素对长期荷载作用下圆钢管混凝土构件变形性能的影响规律。考虑长期荷载作用的影响 ,本文利用数值方法成功地计算出圆钢管混凝土构件的承载力 ,理论计算结果和试验结果吻合良好。最后 ,在系统分析长细比、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率等因素影响的基础上 ,提出长期荷载作用对圆钢管混凝土构件承载力影响系数的计算方法 ,     

Mechanical behavior of concrete filled double skin tubular circular deep beams

Concrete filled double skin circular tubular member (CFDST) has a hollowed section consisting of double concentric steel tubes with concrete fill in between their walls. The CFDST members are consequently lighter than ordinary concrete filled tubular members (CFT) which have solid sections. The purpose of this study is to investigate the mechanical behavior of CFDST deep beam under a combined action of shear and bending through a three points static loading test. Two testing parameters were considered, namely, the inner-to-outer diameter ratio (D_i/D_o) and the outer tube diameter-to-thickness ratio (D_o/t_o). The results showed that the obtained failure modes were controlled by the parameter D_i/D_o. Their strengths for ratios of less than 0.47 fairly agreed with the estimation values proposed herein. Furthermore, biaxial elasto-plastic stress histories of both tubes under plane stress condition were also discussed.     

1截面形式对高温下钢管混凝土柱轴向加载性能的影响

钢管混凝土柱能够最大限度地发挥材料特性,现广泛用于建筑结构中。钢管混凝土柱承载能力高,能量吸收能力强,结构的抗火性能好。描述了含4种截面形式的一系列钢管混凝土柱在标准火下的抗火性能。按照以下方式将钢管混凝土柱分为三组:室温下截面强度相等、钢管截面面积相等、混凝土截面面积相等。采用ABAQUS软件分析组合柱的温度分布、临界温度和过火时间等情况。基于典型参数的分析和对比,讨论了不同截面形式钢管混凝土柱的温度分布和抗火性能。结果显示,圆截面钢管混凝土柱抗火性能最佳,接下来是椭圆截面、正方形截面和矩形截面。在该研究的基础上,给出了高温下钢管混凝土柱的简化设计方程。     

钢管高性能混凝土受弯构件的静力性能(Ⅱ):机理分析及承载力

研究钢管高性能混凝土受弯构件中钢管和混凝土应力、应变等的分布规律。对钢管与混凝土相互作用力的研究表明,圆钢管对混凝土有很好的约束作用,方试件的相互作用力主要集中在弯角区域,平板区域的相互作用力很小。黏结强度对于试件的弯矩-曲率曲线基本没有影响。普通钢管混凝土受弯构件的承载力计算式同样适用于钢管高性能混凝土受弯构件的承载力计算。钢管高性能混凝土受弯构件与普通钢管混凝土受弯构件在静力性能方面并无本质区别。     

钢管混凝土柱在轴向荷载作用下的试验和计算分析

对钢管混凝土柱在循环荷载作用下直至失效的性能进行了试验和计算分析。对81个样本进行试验,研究了钢管的直径和D/t比率对钢管混凝土柱承载能力的影响,同时也分析了混凝土等级和其中粉煤灰体积比的影响,以及这些参数对于受约束的混凝土核心部分的影响。分析中,直径与壁厚的比值在25～39之间,长度与钢管直径的比值在3～8之间。对钢管混凝土的强度与相关文献结论进行对比,同时运用有限元分析软件ANSYS对钢管混凝土的载荷机制进行非线性有限元分析。通过对比试验和计算结果中的荷载-变形曲线和相应破坏机制,验证了该模型的有效性。分析中发现,在给定挠度的钢管混凝土的两种破坏模式下,当混凝土中粉煤灰体积达到20%时,钢管混凝土的承载能力会减小,但当这一比例达到25%时,承载能力会再次增加。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

钢管混凝土柱-环扁梁中节点低周反复荷载试验——钢筋应变和承载力研究

介绍钢管混凝土柱-环扁梁中节点(环扁梁节点)和钢管混凝土柱-环梁中节点(环梁节点)的制作和试验过程,给出了这2个节点在低周反复荷载作用下钢筋应变和承载力的试验数据。试验结果显示,环梁节点和环扁梁节点的框架梁(扁梁)梁端纵筋及环梁(环扁梁)纵筋大部分均屈服,材料得到充分利用;正向加载时,由于扁梁高度较小,出现裂缝后承载力退化较快。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。     

Mechanical behavior of concrete filled double skin steel tubular columns under cyclic pure torsion

为研究中空夹层钢管混凝土柱在扭矩作用下的滞回性能,以截面形式和空心率为主要参数,开展了4个中空夹层钢管混凝土柱试件在扭矩作用下的拟静力试验,得到了中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的破坏模式和扭矩-转角关系曲线。试验结果表明：中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的扭矩-转角滞回曲线较为饱满,没有出现“捏拢”现象,卸载刚度与初始弹性刚度接近,具有较好的耗能能力。往复扭矩作用下,圆形截面中空夹层钢管混凝土柱的扭转性能较方形截面中空夹层钢管混凝土柱更优。在截面外轮廓形状和尺寸相同的条件下,空心率对中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下扭转性能的影响不大。     

大长细比钢管混凝土轴心受压柱承载力的试验研究

进行了12个钢管混凝土和4个空铜管轴心受压构件的试验研究．研究结果表明,由于填充了混凝土,可以有效地延缓钢管的局部屈曲,从而使钢管混凝土长柱具有较高的承载力．通过试验结果表明,对于长细比为130～155的钢管混凝土柱,《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL5058／T）中有关承载力计算公式的计算结果与实测结果相比偏于保守,浇灌混凝土以后,钢管混凝土构件的承载力较空钢管可提高30％左右．     

FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱轴心抗压试验研究

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP管的纤维拉断,FRP管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP管约束程度、FRP层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。     

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。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

Experimental and computational study of concrete filled steel tubular columns under axial loads

The paper presents an experimental and computational study on the behaviour of circular concentrically loaded concrete filled steel tube columns till failure. Eighty-one specimens were tested to investigate the effect of diameter and D/t ratio of a steel tube on the load carrying capacity of the concrete filled tubular columns. The effect of the grade of concrete and volume of flyash in concrete was also investigated. The effect of these parameters on the confinement of the concrete core was also studied. Diameter to wall thickness ratio between 25<D/t<39, and the length to tube diameter ratio of 3<L/D<8 was investigated. Strength results of Concrete Filled Tubular columns were compared with the corresponding findings of the available literature. Also a nonlinear finite element model was developed to study the load carrying mechanism of CFTs using the Finite Element code ANSYS. This model was validated by comparison of the experimental and computational results of load-deformation curves and their corresponding modes of collapse. From the experimental and computational study it was found that for both modes of collapse of concrete filled tubular columns at a given deflection the load carrying capacity decreases with the increase in % volume of flyash up to 20% but it again increases at 25% flyash volume in concrete.     

侧向循环荷载下钢管混凝土柱的性能

给出准静态荷载作用下钢管混凝土柱累积损伤性能研究的试验结果。研究参数有:钢管的径厚比、2种类型的填充物(素混凝土和钢纤维混凝土)。试验第1阶段采用一系列基准试验来确定变幅循环荷载作用下钢管柱的滞后性能,试验第2阶段主要研究恒幅循环荷载作用下荷载大小和循环次数对钢管柱累积损伤的影响,并对试验结果进行了总结。研究表明,钢纤维混凝土填充的钢管混凝土柱与素混凝土填充的钢管混凝土柱相比,其延性和能量吸收能力显著增加,损伤指数降低。给出预测填充柱累积损伤指数的简单公式,该指数可以对新的和已有的填充柱进行地震安全评估。