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。     

CFRP-PVC管混凝土轴压中长柱承载力研究

考虑海洋地区恶劣环境下结构易腐蚀的特点,PVC管混凝土外缠包CFRP约束结构被提出,虽然对其短柱静力性能进行了较多的研究,但尚缺少CFRP-PVC管混凝土中长柱的力学性能的报道。基于此,对4组不同长细比的构件进行试验研究,在此基础上,建立有限元数值模型,在用试验结果验证其有效性的基础上,进行了混凝土强度、CFRP层数、长细比等参数分析,最后研究给出典型的稳定系数φ和长细比λ关系曲线以及承载力简化计算公式。研究结果表明长细比、FRP条带层数及混凝土强度是影响承载力的主要因素,随着长细比的增大构件承载力降低;CFRP层数的增加提高了构件的承载力,但增加到一定层数时承载力提高不明显;随着混凝土强度的提高,构件的承载力提高不明显;提出的承载力公式理论计算值与试验结果吻合良好,表明该式对实际工程计算具有一定的参考意义。     

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。     

圆钢管混凝土轴压长柱的极限承载力

基于双剪统一强度理论,考虑钢管中间主应力(径向压力)对环向拉力和纵向压力的影响,建立了钢管的承载力公式;同时,避开混凝土破坏准则中侧压影响系数的不确定性分析,根据混凝土破坏时的统一强度准则建立其承载力公式,进而叠加建立了钢管混凝土短柱的承载力公式。在此基础上,按照弹性模量理论推导出钢管混凝土长柱的稳定影响系数,建立了其极限承载力公式。结果表明,改变加权参数值,计算得出的承载力也随之发生变化。通过与相关文献中的试验值进行比较,发现试验值与计算值吻合良好。     

薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力试验研究

通过对10个薄壁方钢管混凝土柱的轴压试验,研究了长细比、壁厚、混凝土强度三种因素对试件破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力及泊松比等力学指标的影响。结果显示,薄壁钢管混凝土柱试件的加载过程与普通钢管混凝土柱试件类似,总体上可分为弹性、弹塑性和下降三个阶段。本试验试件破坏均表现为核心混凝土被压碎,钢管外部出现环向屈曲带。利用有限元软件建立了薄壁钢管混凝土柱模型并验证了其有效性与可靠性,分析结果表明：当构件截面含钢率一定时,混凝土强度对钢混结构的组合效率影响十分明显,对于含钢率为0.02～0.06的薄壁构件,采用强度等级为C20～C50的混凝土能明显提高钢混结构的组合效率;对于稳定承载力,发现不同变化参数下的稳定系数均可以采用以正则长细比为自变量的单一方程来表示。参考GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出了薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力的简化计算式,计算值与实测值吻合良好。     

钢管高强混凝土组合柱轴压承载力试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的轴心受压承载力,完成了18个组合柱试件的轴压试验。试件的主要变化参数有:钢管混凝土套箍指标、管外混凝土强度和箍筋配箍特征值。试验结果分析表明,峰值承载力前和达到时,钢管和管外钢筋混凝土纵向变形一致;管外钢筋混凝土破坏后,核心的钢管混凝土提供了较大的后期强度和轴向变形能力;钢管混凝土的套箍指标、管外混凝土的强度和箍筋配箍特征值是影响组合柱轴压承载力的主要因素。试验结果进一步验证了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS188:2005)给出的组合柱轴心受压承载力计算公式同样适用于钢管高强混凝土组合柱。     

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。     

圆钢管混凝土轴压柱承载力的计算分析

以长细比、套箍系数为主要参数,利用课题组轴心受压试验数据,分析GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》中圆钢管混凝土轴压柱受压承载力计算公式的合理性。分析结果表明:在本研究参数的研究范围内,国家现行钢管混凝土结构技术规范中提供的承载力计算公式具有一定的安全储备,但不同参数范围内的安全储备不同。短柱范围内,规范计算公式的保守性较高,其数值与试验值存在较大的差异;随着长细比的增大,规范计算值与试验值逐步趋近。同时,试件的套箍系数越大,规范计算值越保守,在套箍系数达到1.8之后,试验值与计算值的比值趋于稳定。从经济性与适用性的角度出发,建议工程中采用1.1~1.5的套箍系数。研究结果对工程应用和规范修订有一定的参考价值。     

薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力分析

为了研究薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力是否适用CECS:2012《钢管混凝土结构技术规程》提供计算式,制作了不同壁厚(t=0.92、1.42、1.92 mm)、不同高度、不同钢管强度的9根圆钢管混凝土柱构件进行试验研究;试验结果表明薄壁圆钢管混凝土柱依然有很好的承载力及延性;对构件极限承载力对比发现,试验结果与按构件实际强度计算结果基本吻合,表明薄壁圆钢管混凝土柱轴压极限承载力依然适用《规程》提供计算式,且按《规程》提供计算式偏于保守,并根据试验结果对薄壁圆钢管混凝土柱的极限承载力取值进行了建议。     

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.     

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。     

FRP约束混凝土的轴压试验研究

本文简要列举和归纳了典型的轴压受力情况下的FRP约束混凝土模型,并与本文进行的15个FRP约束混凝土的轴压试验结果进行了对比.从试验结果分析来看,配置少量的箍筋可以明显提高FRP约束混凝土的变形能力.本文在试验的基础上对混杂FRP管混凝土和不同受力情况下的FRP管混凝土轴压性能进行了分析.     

FRP管与钢管复合混凝土短柱的轴压性能研究

轴压性能是衡量FRP管与钢管复合混凝土柱的一项基本性能指标。通过6根FRP管钢管复合混凝土组合短柱的轴压试验,研究了夹层混凝土的类型和厚度、加载方式对轴压性能的影响,并利用有限元软件ANSYS对试验结果进行了验证。研究结果表明,全截面加载和核心加载两种加载方式下,夹层混凝土类型对组合短柱轴压性能的影响均不明显。全截面加载时,FRP管与钢管工作协同性能最好;夹层混凝土厚度较大的试件的承载力与延性性能较好;核心加载时,夹层混凝土厚度大的试件延性较好,但承载力较差。     

钢管混凝土组合柱轴压承载力研究

旨在研究钢管混凝土组合柱轴心受压时的基本性能。共进行了8个钢管混凝土组合柱的轴压试验。试验结果表明,组合柱具有较高的承载力和较好的延性。分析了钢管含钢率、套箍指标、箍筋体积配箍率等因素对组合柱强度和延性的影响。提出了钢管混凝土组合柱的简化计算公式。     

钢管混凝土空心柱轴压承载力研究

运用统一强度理论,考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响,得出了钢管混凝土空心长、短柱轴压极限承载力的计算公式,并分析了中间主应力等因素对极限承载力的影响规律,极限承载力随着参数b值的增大而增大。利用本文计算公式所得结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了运用统一强度理论进行钢管混凝土空心柱轴压力学性能分析的可行性和正确性。     

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。     

圆钢管混凝土中长柱轴压性能试验研究

以长细比和含钢率为变化参数,通过对14根轴心受压试件的破坏模式、荷载—应变曲线、侧向挠度曲线的分析,探析了钢管混凝土轴压中长柱的受力特征和材料发挥程度。试验结果表明:柔细构件的长细比对试件的静力学性能有影响但不显著,表现为承载力随长细比的增大而降低,钢管与混凝土的相互作用随长细比增大逐渐减弱,在长细比达到76~80时,相互作用消失。含钢率对试件的轴压性能的影响表现在对承载力的正相关,即含钢率越大,承载能力越高。试验拟定参数长细比和含钢率对钢管混凝土轴压中长柱的破坏模式无影响。     

圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱承载力的试验研究

为研究掺入一定量粉煤灰的圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的承载力,进行了12个试件在单调荷载作用下的试验研究,试验主要参数为钢管径厚比(D/t=55,73和110)和混凝土中粉煤灰的取代率(0,10%,30%和50%),考察了该类短柱的破坏模式、极限承载力、延性以及横向变形系数等,分析了各试验参数对其受力性能的影响规律。试验结果表明,试件破坏时钢管发生撕裂或向外凸曲破坏,核心混凝土发生剪切破坏,纵向钢筋受压鼓曲。径厚比和粉煤灰取代率对试件承载力和延性的影响均较显著,对试件破坏模式的影响不大。钢管对核心混凝土的约束作用在峰值荷载后最为充分。综合考虑破坏模式、承载力和延性等因素,建议实际工程中该类构件的粉煤灰取代率应小于30%,钢管径厚比应不大于100为宜。     

FRP管-混凝土-钢管组合柱轴压性能分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合柱的轴心受压性能,本文借助有限元软件ANSYS,通过合理地选择单元类型、材料属性、网格划分等操作,对核心加载方式下的FRP管-混凝土-钢管实心组合柱的轴压性能进行了仿真模拟,并将有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了有限元模型的可效性,为以后该组合柱的研究提供了一种思路。     

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。