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。     

锈蚀方钢管混凝土短柱轴压承载力研究

采用ABAQUS有限元软件,建立模拟酸雨溶液腐蚀后方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方钢管混凝土短柱进行轴压全过程分析,比较不同锈蚀率下方钢管混凝土柱荷载-轴向位移关系、外钢管承担的荷载-轴向位移关系、核心混凝土承担的荷载-轴向位移关系的变化规律。并对锈蚀方钢管混凝土轴压短柱进行参数分析,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方钢管混凝土柱极限承载力的影响,最后给出酸雨腐蚀后方钢管混凝土柱极限承载力建议计算式。     

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。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载性能试验研究

为了研究圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能,考虑长细比、含钢率、高宽比3个变化参数,设计了 6个试件进行轴压静力单调加载试验,得到了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等数据,并分析参数变化对承载力的影响.试验结果表明:圆端形钢管混凝土中长柱受力过程经历弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,破坏形态为弹塑性失稳破坏;试件承载力与含钢率呈正相关,与长细比呈负相关,对于高宽比较大的试件,含钢率对承载力的影响更大.基于有限元软件ABAQUS的参数分析,建立圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载力简化公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

方形不锈钢管海砂混凝土柱轴压性能试验研究

对12根方形不锈钢管海砂混凝土柱在轴心受压作用下的力学性能进行试验,主要参数为:含钢率和细骨料类型。研究了方形不锈钢管混凝土柱在轴压荷载下的破坏模态、荷载-轴向位移曲线、荷载-应变曲线,并将海砂和河砂对试件承载力的影响进行了对比。试验结果表明:与浇灌河砂混凝土的组合柱试件相比,不锈钢管海砂混凝土柱的破坏模态和轴向荷载-位移关系曲线并无显著区别,不锈钢管能对海砂混凝土产生有效的约束作用,证明了不锈钢管海砂混凝土在实际工程中应用的可能性。最后,采用中国、欧洲和美国的普通钢管混凝土规范对试验实测的极限承载力进行计算比较。     

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。     

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。     

方钢管混凝土轴压短柱力学性能非线性有限元分析

在以往有关研究成果的基础上,选取具有代表性的轴压方钢管混凝土结构试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对方钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行计算分析。分析受力过程中钢管混凝土柱的破坏模态;计算方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线;分析含钢率、套箍系数对极限承载力和荷载-变形关系曲线的影响规律。并将计算分析结果与试验结果相比较,验证了建立的模型可以模拟方钢管混凝土柱的极限承载力和破坏全过程。文中的研究成果可为其他研究提供相关参考。     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

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。     

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。     

内填料石钢管混凝土短柱轴压性能研究及承载力计算

为合理重复利用废弃石材,将抗压强度高、脆性强的石材置于钢管混凝土柱(CFST)中部,利用钢管的约束充分发挥石材的抗压强度并延缓其压溃,形成内填料石钢管混凝土(SCFST)柱。为研究SCFST短柱的轴压受力机理,采用通用有限元软件ABAQUS建立SCFST短柱精细化3D有限元模型,并利用已经完成的18根SCFST短柱和6根传统钢管混凝短柱试件的破坏形态和荷载-变形关系试验结果对模型的可靠性进行验证。通过验证后的有限元模型,分析SCFST短柱各部件之间的相互作用及荷载分配规律。在此基础上,进一步开展系统的参数分析,研究内填料石尺寸、钢管壁厚、钢管屈服强度和混凝土强度等参数对SCFST柱轴压性能的影响规律。研究结果表明,不同部件间的相互作用随钢管壁增厚和混凝土强度提高而增大,受内填石料尺寸的影响较小。提出了适用于SCFST短柱的轴压承载力计算式,在研究参数范围内计算式具有较好的计算精度。     

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。     

钢管混凝土短柱（剪力键）受剪性能试验研究

通过对方钢管和圆钢管混凝土短柱（剪力键）进行受剪性能试验研究,分析钢管混凝土短柱（剪力键）在单调加载和反复加载条件下的受剪性能,得到方形和圆形截面钢管混凝土短柱（剪力键）无轴力剪切的荷载 位移曲线、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线等。用精细有限元方法,对试验进行了数值模拟,通过合理的材料本构关系、破坏模式,所得有限元计算值与试验结果吻合较好,极限荷载的相对误差在8.84%之内。研究表明：钢管混凝土短柱（剪力键）具有较好的受剪性能,单调荷载作用下,方形截面和圆形截面短柱（剪力键）的相对变形均超过4.0%;循环荷载作用下,圆钢管混凝土短柱（剪力键）的滞回环更饱满、延性系数及耗能能力均优于方钢管混凝土短柱（剪力键）;理论分析方法可靠。     

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。     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后力学性能研究

采用试验验证的有限元模型分析了主要影响因素。提出了钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后轴压承载力和轴向刚度的计算方法。研究结果表明：（1）钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后的轴压承载力和轴向刚度明显下降,随着受火时间的增加,轴向刚度的降低幅度更大;（2）截面核心面积比是火灾后轴压承载力降幅变化的主要影响因素。截面核心面积比和含管率是火灾后轴向刚度降幅变化的主要影响因素;（3）提出的简化计算方法可以预测钢筋混凝土保护钢管混凝土短柱火灾后的轴压承载力和轴向刚度。     

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力; 考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%; 在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载; 钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小; 随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小; 随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。