模拟酸雨腐蚀后圆钢管再生混凝土抗弯承载力计算方法研究

利用有限元软件对酸雨腐蚀后圆钢管再生混凝土纯弯试件进行建模分析,分别采用钢管壁厚折减和钢材材性折减两种方式来考虑酸雨腐蚀对钢管再生混凝土抗弯承载力的影响。在此基础上,分别采用江西省地方标准与国家标准建议的承载力公式计算酸雨腐蚀后圆钢管再生混凝土抗弯承载力,并与试验实测承载力进行对比分析。结果表明:未腐蚀和腐蚀程度较小时(10%),有限元计算所得弯矩-跨中挠度关系曲线与试验所得曲线吻合更好;当腐蚀程度较大时(20%、30%),有限元计算弯矩值略高于试验实测值,其中采用钢材材性折减方式所得结果与试验值更为接近。采用地方标准和国家标准所建议的计算方法均能较好地预测酸雨腐蚀后圆钢管再生混凝土试件的抗弯承载力,前者计算结果离散性较小,且偏于安全。     

酸雨环境下方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验研究

设计了16根方钢管混凝土短柱试件,对不同截面尺寸、核心混凝土骨料类型、酸雨腐蚀率的试件进行轴压试验,并对酸雨环境下不同腐蚀程度的方钢管再生混凝土轴压短柱的延性、荷载-纵向应变、组合弹性模量、损伤分析以及承载力验算进行了分析。试验结果表明:酸雨环境下方钢管普通混凝土短柱和方钢管再生混凝土短柱有相似的破坏形态。随着腐蚀程度的加深,方钢管普通混凝土轴压短柱和方钢管再生混凝土轴压短柱后期延性变差,腐蚀程度越深,后期延性下降越大,组合弹性模量下降越明显,试件损伤越严重,承载力下降越大。酸雨环境下的钢管混凝土构件可近似看作均匀腐蚀,采用折减壁厚的方法对钢管混凝土短柱承载力进行验算,结果与试验数据吻合度高。     

高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力性能试验

对9个方钢管再生混凝土偏压柱在火灾(高温)处理后再进行静力单调加载试验,考察再生粗骨料取代率、最高恒温温度2个变化参数,对试件极限承载力、刚度、位移延性和耗能能力的影响,得到试件受力的全过程和试件破坏形态,获取了极限承载力、荷载-变形曲线、截面应变分布等数据。研究结果表明:高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力破坏过程和形态与普通钢管混凝土相似,均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;温度对方钢管再生混凝土偏压柱的力学性能有显著影响,随着温度的升高,试件的极限承载力、抗压刚度明显降低;而再生粗骨料取代率的变化对试件的力学性能影响不大。     

方中空夹层钢管陶瓷再生混凝土柱偏压力学性能研究

为研究粗骨料类型、空心率、长细比和偏心距对方中空夹层钢管陶瓷再生混凝土柱偏压力学性能的影响,进行了16根试件的偏压试验,其中粗骨料类型分别为废弃陶瓷和天然碎石。试验结果表明：所有试件均表现为弹塑性失稳破坏;试件的极限承载力和抗弯刚度随长细比和偏心距的增大而降低,其中中空夹层试件的极限承载力高于实心试件的相应值;陶瓷再生混凝土试件展现出了较好的延性和变形能力,其极限承载力与普通混凝土试件接近。使用有限元软件对试验进行模拟,模拟得到的荷载-跨中挠度曲线整体与试验曲线接近。采用T/CCES 7—2020和DB 36/J001—2007分别对中空夹层试件和实心试件极限承载力进行计算,计算结果接近试验值。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

方钢管再生混凝土长柱轴压性能数值模拟研究

在8个方钢管再生混凝土长柱轴压试验的基础上,利用ANSYS有限元软件对其承载性能进行了数值模拟研究。通过试验所得参数,建立合理的有限元模型,并利用ANSYS软件进行非线性计算分析,得到了试件破坏形态、试件荷载-位移曲线等数据,分析了长细比λ、径厚比η以及轴压刚度退化等因素对极限承载力的影响,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱试件主要表现为整体失稳破坏;随着长细比的增加,试件极限承载力逐渐降低,轴压刚度呈先增大后减小的趋势;径厚比越大,试件极限承载力越高。数值模拟结果与试验结果吻合良好,能够真实、准确地反映试验结果。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压性能有限元分析

在8根方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件试验研究的基础上,利用有限元软件ANSYS建立了方钢管再生混凝土长柱偏心受压的计算模型。通过计算得出了荷载-位移曲线,分析了构件的变形性能以及长细比、偏心距等因素对极限承载力的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱偏压构件主要表现为整体失稳破坏;其偏压弹性刚度随长细比及偏心距的增大呈先增后减的趋势;延性及轴向耗能能力随长细比的增大呈先减后增的趋势,随偏心距的增大呈先增后减的趋势;构件极限承载力随长细比及偏心距的增大而减小;计算结果与试验结果吻合良好,能够较真实地反映试验结果,所建立的有限元模型能够有效地对方钢管再生混凝土柱偏压力学性能进行全过程分析。     

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。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压力学性能研究

以长细比及偏心距为主要变化因素,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行偏心受压单调加载试验。通过观察试件破坏形态,利用获取的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及试件承载力等重要数据,分析方钢管再生混凝土长柱偏心受压工作机理,并讨论上述因素对试件极限承载力及破坏形态的影响,最后利用国内常用的钢管混凝土规范所推荐的压弯构件承载力计算方法进行承载力理论计算,并与试验结果进行对比。研究表明:方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件的受力过程、破坏形态、变形特性等与普通钢管混凝土相似,试件承载力随长细比和偏心距的增大而减小,最终破坏形态主要为整体失稳破坏,部分试件为材料强度破坏;根据规程GJB 4142—2000所计算承载力与试验结果吻合较好。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

Theoretical and experimental research on flexural behavior of concrete-filled steel tubes with inner stiffening

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.9199,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对6根钢管再生混凝土短柱及3根普通钢管混凝土短柱进行轴压试验,研究不同长径比和再生骨料取代率对钢管再生混凝土短柱轴压力学性能的影响。研究结果表明:钢管再生混凝土短柱的变形破坏形式与普通钢管混凝土短柱相似;随再生骨料取代率及长径比的增加,钢管再生混凝土短柱的极限承载力下降。基于试验验证普通钢管混凝土短柱极限承载力计算方法对钢管再生混凝土短柱的适用性,计算值与试验值吻合较好。     

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。     

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载变形曲线和极限承载力关系.结果表明：随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性; 冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏; 圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。     

高温后圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能研究

为研究高温后圆钢管再生混凝土柱偏压力学性能的退化规律,考虑温度作用场、再生粗骨料取代率2个变化参数,对9个设计的圆钢管再生混凝土柱试件进行高温后的偏心受压加载试验。观察其受力破坏过程及形态,获取受力全过程的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力等数据,并分析温度和取代率对高温后圆钢管再生混凝土偏压柱承载力、刚度退化、位移延性、耗能等力学性能指标的影响。结果表明:高温后钢管再生混凝土偏压柱的破坏过程和形态与常温试件相似,具有承载力高、变形性能好的特征;随着温度的升高,钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力和初始刚度显著降低,随着取代率的变化,钢管再生混凝土偏压柱的承载力、刚度、位移延性、能量耗散等力学性能指标变化不大。     

内配加劲件钢管混凝土构件受弯性能理论与试验研究

通过求解纯弯作用下内配钢管、钢筋、工字型钢的钢管混凝土构件极限状态下平衡方程,得到了内配加劲件钢管混凝土构件的受弯承载力理论计算式。设计3组9根内配加劲件钢管混凝土试件进行纯弯试验,得到构件的受弯承载力及其弯矩-跨中挠度曲线、弯矩-跨中应变关系曲线、弯矩-曲率曲线,曲线可分为3个阶段,对应构件的弹性阶段、弹塑性阶段以及应力强化阶段,内配加劲件钢管混凝土纯弯过程中具有较好的延性;将受弯承载力理论值与试验值进行对比,平均比值为0.919 9,平均相对误差为8%,表明理论公式较为准确,理论值皆小于试验值,说明理论公式较保守。以内配钢管为例,建立内配钢管的钢管混凝土在纯弯作用下的有限元模型,通过改变内配钢管的厚度和强度,可知内配钢管的钢管混凝土受弯承载力随着内配钢管的厚度和强度增大而增大。