碳纤维增强复材包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为获悉带脱空缺陷圆钢管混凝土柱在碳纤维增强复材(CFRP)包裹下的轴压性能和受力机理,通过建立轴压下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的有限元模型,分析了轴压下CFRP分别包裹均匀脱空和球冠形脱空圆钢管混凝土柱的力学性能,讨论CFRP强度、包裹方式和包裹层数等参数对不同脱空形式下构件力学性能的影响,揭示了轴压下CFRP包裹脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的受力机理和破坏模式。分析两种脱空形式下构件的典型轴压荷载-轴向位移曲线表明:CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的变形能力有较高的提升,包裹层数和CFRP材料强度的增加均能明显提高脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压承载力。     

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。     

碳纤维增强复材间隔包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的偏压受力性能

为揭示带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱在碳纤维增强复材(CFRP)间隔包裹下的偏压性能和受力机理,通过ABAQUS软件建立了偏压作用下CFRP间隔包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,对CFRP间隔包裹均匀脱空及球冠形脱空两种截面脱空形式下的圆钢管混凝土偏压短柱进行了系统的参数分析。研究包括偏心率、钢材强度、混凝土强度、径厚比、CFRP强度、CFRP包裹层数、CFRP包裹间距和脱空比等参数对构件偏压性能的影响,分析了偏压下CFRP部分包裹存在脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的受力机理和破坏模式。结果表明:CFRP间隔包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱在偏压作用下主要破坏模式为钢管局部屈曲、CFRP断裂和混凝土局部压溃; CFRP间隔包裹可较好地提高构件延性,其偏压极限承载力随着材料强度和CFRP包裹层数的增加而提高,随着脱空比、径厚比、偏心率和CFRP包裹间距的提高而降低。     

锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力研究

运用ABAQUS有限元软件建立了模拟酸雨溶液腐蚀后圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型,为模拟钢管锈蚀损伤,在钢材和混凝土的本构关系模型中考虑了锈蚀对钢材的弹性模量和屈服强度的影响,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。运用该有限元模型,通过典型算例对锈蚀圆钢管混凝土短柱进行了轴压全过程分析,比较了不同锈蚀率下圆钢管混凝土短柱荷载-轴向位移关系曲线、外钢管承担的荷载-轴向位移关系曲线、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系曲线以及外钢管与核心混凝土之间的相互作用力-位移关系曲线的变化规律。最后对锈蚀圆钢管混凝土轴压短柱进行了参数分析,讨论了含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和锈蚀率等参数对圆钢管混凝土短柱极限承载力的影响,并由此导出了酸雨腐蚀后圆钢管混凝土短柱极限承载力简化计算公式。     

冻融循环后圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

对冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的受力性能进行试验研究,以钢管壁厚、冻融循环作用次数以及混凝土强度等级为设计参数。试验中分析了冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的轴压破坏现象、荷载-位移曲线以及应力-应变曲线等。试验结果表明：经冻融循环作用后的圆钢管混凝土短柱的轴压破坏形态与相应未经冻融循环作用短柱类似;减小圆钢管混凝土短柱的径厚比可提高其在冻融环境下的轴压承载力;提高混凝土强度等级能增加圆钢管混凝土短柱的初始刚度;冻融循环对圆钢管混凝土短柱的轴压承载力影响较小;预测圆钢管混凝土可适用于遭受冻融作用的地区。根据试验结果,提出了圆钢管混凝土经冻融循环后的轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP包裹带脱空缺陷钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为了探究碳纤维布(CFRP)包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能和受力机理,通过ABAQUS有限元分析软件,建立了轴压作用下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的力学性能有限元分析模型,对CFRP包裹不同脱空形式下圆钢管混凝土轴压短柱进行了系统的参数分析.研究参数主要包括:钢材屈服强度、混凝土强度、径厚比(D/t...     

钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能分析

为研究钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,对钢骨-圆钢管高强混凝土组合短柱展开非线性有限元分析。研究了不同受力阶段荷载-位移曲线的特征,不同受力阶段应力分布规律以及破坏形态,讨论了组合短柱轴心受压受力过程中荷载分配特性曲线以及荷载-横向变形系数曲线,分析了不同参数对轴心受压组合短柱力学性能的影响。提出了组合短柱轴心受压承载力计算式,并且编写了组合短柱轴心受压纤维模型法程序。结果表明:钢材强度和径厚比对组合柱轴心受压力学性能影响较大。简化公式计算结果和基于纤维模型的数值算法计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明:井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

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。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能试验研究

通过12根FRP-圆钢管混凝土试件和1根圆钢管混凝土对比试件的抗剪试验,研究环向包裹FRP布时圆钢管混凝土柱的受剪性能,分析了剪跨比、轴压比、含钢率、混凝土强度、FRP布层数等对FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能的影响。研究结果表明,从开始加载至FRP布断裂,FRP布和钢管保持协同工作,FRP-圆钢管混凝土柱具有良好的变形能力。剪跨比和含钢率显著影响FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力,FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力随剪跨比的增大而减小,随含钢率的增大而增大。增加FRP布层数、提高混凝土强度和增大轴压比均可小幅度提高FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力。在试验研究的基础上,提出了FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合较好。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

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。     

基于统一强度理论的圆钢管钢骨混凝土柱受压承载力分析

采用双剪统一强度理论,考虑了箍筋和内圆钢管对核心混凝土的双层约束作用,对配有圆钢管的钢骨混凝土轴心受压柱的受力性能进行了理论分析。在厚壁圆筒统一强度理论的基础上,推导出了柱的受压承载力公式,并对影响因素进行了分析。将该公式的计算结果与文献资料的试验结果进行了比较,结果吻合较好,表明统一强度理论对配有圆钢管的钢骨混凝土的理论分析有很好的适用性。该结果为配有圆钢管的钢骨混凝土柱承载力的分析计算提供了一定的理论依据。     

圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压性能有限元分析

在5个圆钢管型钢再生混凝土组合短柱试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了圆钢管型钢再生混凝土短柱的静力计算模型。通过选取合理的材料本构,计算得出构件的荷载-位移曲线、割线刚度、承载力、延性系数、耗能、损伤,并与试验结果进行了对比,结果表明两者吻合较好。在对比验证的基础上进行有限元模型的应力、荷载分配曲线以及参数分析,研究型钢配钢率、核心再生混凝土强度对圆钢管型钢再生混凝土短柱承载力的影响。模拟结果表明,构件承载力随着型钢配钢率、核心再生混凝土强度的提高而提高。表明该组合结构具有较好的承载性能。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管混凝土柱的受力性能,以长细比、含钢率为变化参数,经过对5组10个圆钢管混凝土短柱及中长柱的试验研究,试验结果表明:钢管混凝土短柱构件的破坏模式为材料强度破坏,所有试件荷载-轴向位移曲线的变化趋势基本类似,钢管混凝土轴压试件的极限承载力随长细比的增大而降低;在长细比20以后,钢管混凝土破坏形态由材料破坏转为弹塑性失稳破坏,长细比56的中长柱试件发生明显的失稳破坏;钢管混凝土柱的极限承载力随含钢率增大而增大,但在不同长细比下影响幅度不同。     

双层圆钢管混凝土(CFDST)短柱承载力的有限元分析

为研究轴压下双层圆钢管混凝土(CFDST)短柱的性能,进行了有限元分析。为对双层试件进行精确建模,选择合适的混凝土和钢管材料特性至关重要。将有限元法计算结果与已有的试验结果进行对比分析,验证了有限元方法的有效性。为研究不同径厚比(D/T)、混凝土立方体抗压强度以及钢材屈服应力对双层圆钢管混凝土整体性能和极限承载力的影响,建立25组模型进行参数分析。此外,对性能和质量相同的4根圆钢管混凝土(CFST)和CFDST进行了对比分析。基于EC 4,给出计算双层试件强度的新公式。对比分析结果表明,建议公式合理准确。     

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。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。