Q460高强角钢轴心受压构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强角钢轴压构件的受力性能,采用静力试验对试件破坏状态和稳定承载力进行分析,两端设置球铰、单刀口铰和双刀口铰支座,分析了不同铰接方式对构件受力性能的影响。结果表明,采用不同支座均能很好地反映杆件的受力性能;短构件的极限承载力由钢材强度控制,长细比变化对其影响很小,长细比等于30和45的试件以局部破坏为主,长细比等于60和80的杆件以整体弯曲失稳为主。比较试验和各规范理论计算结果发现,试验值显著高于中国DL/T5154—2002杆塔技术规定计算值,与美国ASCE 10—97导则计算值吻合较好。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

Q460高强钢管轴压承载力的试验研究

开展了Q460高强钢管的轴压承载力试验研究,研究了高强钢管的轴压稳定承载力特性、破坏模式及承载力计算理论,稳定承载力试验值和理论值的比较分析表明,我国《钢结构设计规范》的相关理论可以应用于Q460高强钢管的稳定承载力计算。     

Q690D高强钢螺栓连接疲劳性能试验研究

为探究Q690D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q690D高强钢母材、有孔板和螺栓连接三组试件进行疲劳试验,拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D高强钢母材、有孔板、螺栓连接疲劳极限比GB50017理论计算值分别提高了170%、76.02%、47.76%,比AISC360理论计算值分别提高了200%、131.77%、70.49%,说明Q690D高强钢螺栓连接具有较高的抗疲劳能力。讨论了应力集中与螺栓预紧力对试件疲劳强度的影响,应力集中系数越大,疲劳强度越小,螺栓预紧力能缓和应力集中程度,可间接提高疲劳寿命。基于零塑性累积应变率假设得到了疲劳损伤公式,应力集中在一定程度上可以反应损伤发展,损伤曲线可以解释疲劳破坏机理。     

Behaviour of FRP-jacketed circular steel tubes and cylindrical shells under axial compression

Fibre-reinforced polymer (FRP) jackets have been widely used to confine reinforced concrete (RC) columns for enhancement in both strength and ductility. This paper presents the results of a recent study in which the benefit of FRP confinement of hollow steel tubes was explored. Axial compression tests on FRP-confined steel tubes are first described. Finite element modelling of these tests is next discussed. Both the test and the numerical results show that FRP jacketing is a very promising technique for the retrofit and strengthening of circular hollow steel tubes. In addition, finite element results for FRP-jacketed thin cylindrical shells under combined axial compression and internal pressure are presented to show that FRP jacketing is also an effective strengthening method for such shells failing by elephant’s foot collapse near the base.     

Plastic buckling of dented steel circular tubes under axial compression: An experimental study

This paper examines the effect of large local imperfections, known as dents, on the plastic buckling capacity of short steel tubes under axial compression. A total of 11 tests on such short columns were carried out. The specimens were indented through a separate process and the ultimate axial capacity was subsequently obtained through compression tests. Dent imperfections with various depths were introduced to different locations on the body of the specimens. Plastic buckling modes as well as the ultimate capacity of the specimens were thoroughly investigated. The adverse effect of such a local damage on the load carrying capacity was quantified for different values and types of imperfections.     

Q690钢焊接H形截面轴压柱整体稳定性能研究及设计方法

该文旨在研究Q690高强钢焊接H形轴压柱的整体稳定性能,并给出适合该类型构件的一阶弹性设计建议。为此,对Q690焊接H形试件进行残余应力试验研究和轴压试验研究,基于试验结果,给出残余应力分布模型;并分析该类型试件的失稳形态和整体稳定性能。同时,使用直接分析法建立数值模型,并对其进行验证。该数值模型采用PEP单元(Pointwise-Equilibrating-Polynomial Element)来模拟构件的几何初始缺陷,采用塑性纤维铰方法结合截面屈服面(该屈服面考虑了残余应力效应)来反映关键截面的屈服影响。最终,采用该直接分析法对Q690焊接H形轴压构件进行了参数分析。基于参数分析结果,给出该类型轴压试件的一阶弹性设计建议。     

钢管高强轻集料混凝土短柱轴压性能的试验研究

通过24根钢管高强轻集料混凝土短柱的轴心受压试验,研究了钢管高强轻集料混凝土短柱在轴心压力下的轴力-纵向应变关系、宏观变形特征、破坏机理和破坏模式。试验结果表明:在钢管的约束下高强轻集料混凝土的弹性模量、强度和塑性性能得到了不同程度的改善,且构件的刚度有所提高;紧箍系数是影响钢管高强轻集料混凝土短柱力学性能的主要因素,紧箍系数越高,构件极限承载力提高越明显,延性越好;钢管高强轻集料混凝土短柱轴压极限承载力与同规格钢管普通混凝土基本相当。     

圆钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管钢纤维活性粉末混凝土（RPC）短柱的轴压性能,完成了7根外径219~273mm的圆钢管钢纤维RPC短柱轴压性能试验,分析了套箍系数、径厚比对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响。结果表明：套箍系数ξ在0.63~0.88时,荷载-位移曲线在峰值荷载后出现下降段,短柱呈现剪切破坏模式;当ξ≥1时,在到达峰值荷载后,荷载下降幅度明显减小或出现回升趋势,短柱呈现腰鼓形破坏模式。在达到峰值荷载的85%之前,试件处于弹性阶段,钢管纵向应变大于横向应变;弹塑性阶段,钢管横向应变增加较快,其横向变形系数超过钢管的泊松比并逐渐增大,钢管对RPC的约束作用不断增强。随着混凝土抗压强度提高,其横向变形系数减小,钢管对核心区RPC约束效果降低。     

预应力轴压撑杆钢柱高温性能试验研究与数值分析

为研究预应力轴压撑杆钢柱的高温性能,进行了2根预应力撑杆钢柱高温试验。试验结果表明：拉索无防火措施时,其相对张力在初始升温阶段就迅速下降,直至完全松弛;预应力撑杆钢柱的轴向变形先由于热膨胀效应轴向伸长,而后在压力作用下轴向压缩;临界状态时,撑杆柱出现对称和反对称两种失稳形态。采用验证后的ANSYS有限元分析模型,考虑材料非线性、几何非线性和初始缺陷等,分析了荷载比、相对轴向刚度比和预应力比等3个关键参数对预应力撑杆柱高温性能的影响,得到了一系列拉索相对张力、侧向变形和轴向变形分别与时间的关系曲线。分析表明：预应力撑杆柱中拉索张力很快在高温下逐渐松弛,达到张力松弛所需时间主要受预应力比影响;预应力撑杆钢柱的侧向变形在升温初期缓慢增长,在失效前增长迅速;随着荷载比增大,预应力撑杆柱侧向变形和轴向变形越来越明显,且达到峰值所需时间不断缩短;预应力比对撑杆钢柱失效临界温度影响较小,但对预应力撑杆柱的破坏形态有较大影响。     

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。     

Q460高强度钢材焊接H形截面弱轴压弯柱承载力试验研究

为了研究高强度钢材中厚板焊接H形截面压弯柱的承载力,采用国产Q460高强度钢材11 mm、21 mm中厚板制作了6个焊接H形截面压弯柱,试件截面自由外伸翼缘板宽厚比分别为7、5、3,长细比分别为40、55、80。通过对Q460低合金高强度钢材的材性测试、3种焊接截面残余应力测试、各试件初始几何缺陷测量及承载力试验,进行了H形截面弱轴压弯构件整体失稳承载力的试验研究,并与采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》进行计算的承载力对比;同时以理想弹塑性模型,综合考虑试件初始缺陷建立有限元模型,分析计算其承载力。试验及分析结果表明：Q460低合金高强度钢材具有强度高、塑性性能较好等特点;由实测截面残余应力值得到其分布形式与普通钢材焊接H形截面残余应力分布基本相同;高强度钢材焊接H形截面压弯构件承载力试验值明显高于GB 50017-2003设计公式计算值;文中采用的有限元分析方法可以较准确地计算试件的承载力。研究成果为高强度钢材在实际工程中的应用提供试验参考。     

Polymer concrete-filled steel tubes under axial compression

Concrete-filled steel tubular (CFT) structures are rapidly emerging as one of the inevitable structural systems for earthquake resistance, as they have been known to exploit the best attributes of both steel and concrete, resulting in higher stiffness, strength and ductility. However, the limitations imposed by certain drawbacks of cement concrete and which are not alleviated or moderated by the encasing steel tube, e.g. its high shrinkage, creep, brittleness, reactivity and low tensile strength, may be a hindrance to the rapid and diversified application of CFTs, in line with current emphasis on ductility-based seismic design. In this context, studies are presently being conducted on filled steel composite members, employing lighter, more ductile, high tensile strength and inert polymer-based fill materials for the steel tube. Findings of these studies relating to the elasto-plastic response of filled steel composite stub columns subjected to axial compression highlight the significant increase in strength and/or ductility of epoxy polymer concrete-filled steel columns.     

Q460高强钢螺栓连接承载性能试验研究

通过对20个Q460高强钢螺栓连接的静力拉伸试验,研究高强钢材料强度和螺栓布置方式对连接承载力和变形的影响。根据力平衡和变形协调条件建立方程,理论分析高强度钢材螺栓连接的受力性能,考察相关规范的适用性。结果表明：螺栓横向布置时,试件的承载力和变形随间距增大而增大;边距由1.5d0增大到2d0,端距由2d0增大到2.5d0时,试件极限承载力仅提高了0.78%和2.37%,说明达到标准构造取值后,边距和端距增大对连接的承载力影响甚微。螺栓纵向布置时,试件的承载力仅随边距增大呈线性增大趋势。钢板承压强度设计值取1.26fu,对于Q460高强度钢材其取值偏小。为国产高强度钢材螺栓连接的设计理论和方法提供了科学依据。     

薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的试验研究

进行了8根圆形薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的试验研究,对试验现象、破坏形态作了描述,探讨了径厚比、长径比和环箍等因素对圆形薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力的影响.     

配有双圆钢管的钢骨混凝土柱轴心受压承载力研究

针对配有双圆钢管的钢骨混凝土柱的轴心受压承载力分析方法进行了研究,基于核心区混凝土、外围混凝土和钢管、钢筋的材料本构关系,建立了钢骨混凝土柱的有限元分析模型,分析了轴心受压承载力的计算方法及原理,对已有的承载力计算公式进行了改进,并通过工程实例的计算结果与有限元分析结果的对比进行了验证。     

单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力分析

为了研究单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力,通过建立有限元ANSYS模型,与大量实验数据相对比,研究不同影响因素对其极限承载力影响的变化规律,并最终推导单肢钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式。     

圆钢管混凝土轴压构件承载力分项系数研究

首先简单介绍了从构件承载力极限状态可靠指标中分离出构件承载力可靠指标的方法,并计算得到了不同构件承载力极限状态可靠指标对应的圆钢管混凝土轴压构件承载力可靠指标。利用收集到的234组圆钢管混凝土轴压构件承载力试验数据,分析确定了圆钢管混凝土轴压构件承载力变异系数,按照构件承载力分项系数公式计算确定了该类构件承载力分项系数。最后,将构件承载力分项系数分别与美国规范AISC360-16的钢管混凝土受压柱抗力系数,以及《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和欧洲规范EN1994:2004当量构件系数进行了比较。比较结果表明,对于圆钢管混凝土轴压构件而言,当量构件系数与构件承载力可靠指标的关系不大,且明显小于构件承载力分项系数。     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14～0.38的高强钢管超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明:与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。