钢管再生混凝土构件荷载-变形关系的理论分析

在确定钢材与核心再生混凝土本构关系模型的基础上,采用数值方法对钢管再生混凝土轴心受压、纯弯曲和压弯构件的荷载-变形全过程关系曲线进行模拟,对此类构件的力学性能进行研究,理论分析结果与试验结果非常吻合。最后在参数分析结果的基础上,提出钢管再生混凝土压弯构件承载力的简化计算公式。     

膨胀剂对钢管再生混凝土柱轴压性能影响的试验研究

为了减少核心再生混凝土的收缩变形,防止钢管与核心再生混凝土脱离,在再生混凝土配合比设计时掺入不同掺量的膨胀剂。对6根再生混凝土替代率相同、膨胀剂掺量不同的钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,通过试验获得了试件的极限承载能力、荷载位移关系曲线、荷载与横向应变及纵向应变曲线。结果表明:掺入适量的膨胀剂能提高钢管再生混凝土短柱的轴压极限荷载,但掺量过大反而会使试件的核心再生混凝强度和轴压极限荷载下降。     

钢管约束再生混凝土轴压试验研究

以再生粗骨料取代率为试验主要研究参数,完成了15个钢管约束再生混凝土圆柱试件的轴压试验,分析了试件的受压破坏特性、轴向荷载-轴向应变关系以及约束再生混凝土的横向变形系数变化规律。试验和分析结果表明：钢管约束再生混凝土主要破坏形态为试件中部鼓曲,核心再生混凝土发生斜剪破坏;钢管约束再生混凝土与约束普通混凝土的受力过程基本相同,分为弹性和塑性发展阶段;钢管约束使核心再生混凝土强度得到明显提高,变形性能得到改善;再生粗骨料取代率变化对钢管约束再生混凝土的横向变形系数影响不大;钢管再生混凝土轴压极限荷载随着再生粗骨料取代率的增加而降低。最后根据试验数据拟合了钢管约束再生混凝土应力-应变关系表达式。图8表2参12     

空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能研究Ⅱ:理论研究

基于前文对空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能的试验和有限元分析,对空心普通和再生钢管混凝土压弯构件的抗震性能进行了理论研究。首先,运用瑞利-利兹法和极限平衡理论等方法对压弯构件在单调荷载作用下的荷载-位移曲线进行了全过程分析。结合有限元参数分析结果,提出了空心普通和再生钢管混凝土压弯构件骨架曲线理论模型和位移延性系数简化计算公式,可为空心钢管混凝土结构工程实践和相关规程的修订提供理论参考。     

带肋方钢管混凝土柱偏心受压力学性能研究

在方钢管混凝土管壁内设置纵向加劲肋可提高其管壁的稳定性。采用有限元软件ABAQUS对带肋方钢管混凝土柱偏心受压荷载-变形全过程关系进行计算,计算得到的破坏形态和荷载-变形关系曲线与试验结果符合较好。在此基础上,通过典型算例从变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土的纵向应力分布以及钢管与混凝土相互作用四个方面对带肋方钢管混凝土的工作机理进行分析,并且与相应的无肋方钢管混凝土进行对比。研究结果表明:加劲肋的设置可以增加钢管约束支撑点,减小鼓曲的横向变形值,增强核心混凝土与管壁之间的相互作用,进而有效地延缓构件局部屈曲,改善管壁的稳定性,提高构件的极限荷载;纵向加劲肋宽度越大,构件极限荷载越高,后期延性越好;加劲肋宽度设置应控制在一定范围,能获得较好的综合经济效果。     

薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压破坏研究

进行了薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了荷载与应变(或变形)关系曲线.分析了薄壁方形钢管再生块体混合短柱荷载与应变(或变形)关系曲线,探讨了再生块体与新拌混凝土组合层核心混凝土强度对试件受力性能和破坏形态的影响,提出了该种结构构件的理论破坏模型.结果表明:薄壁方形钢管再生块体混合短柱试件主要破坏形态为腰鼓形压皱破坏;在弹性阶段,钢管中截面和角部的应变增长均匀且二者纵向应变增长相对一致;在破坏阶段,不带肋试件呈现软化现象,带肋试件呈现加劲特性.组合层处的核心混凝土强度对试件的力学性能和破坏形态有较大影响.     

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.     

方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究

以长细比和偏心率为变化参数 ,共进行了十二个方中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究。在确定组成方中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载 变形全过程关系进行了分析 ,理论分析结果与试验结果吻合较好。最后 ,提出了方中空夹层钢管混凝土压弯构件承载能力实用验算方法     

钢管高性能混凝土恒高温后力学性能研究

在确定高温后钢材和混凝土应力-应变关系的基础上,建立了恒高温后钢管高性能混凝土轴压构件的理论分析模型,对恒高温后该类构件的荷载-变形关系由线进行了计算,并与以往试验结果进行了比较,二者符合较好。分析结果表明,恒高温后钢管高性能混凝土轴压构件的荷载-变形关系弹性段变短,弹塑性段变长,极限承载力降低,极限承载力对应的应变增大,曲线下降段趋于不明显,这一特性与钢管普通混凝土构件高温后性能较为相似。     

配筋薄壁钢管高强混凝土柱的轴心受压性能研究

为了探索配筋对薄壁钢管高强度混凝土柱轴心受力性能的改善机理,进行了18根试件的轴心受压试验。试验中设计了2种混凝土保护层厚度的配筋钢管混凝土及对应的钢筋混凝土、钢管混凝土和素混凝土等6组试件,以弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段的荷载与位移或荷载与应变关系、承载力、套箍系数为评价参数,研究了此类构件的基本力学特性,并发现:核心混凝土内配置钢筋后采用薄壁钢管是可行的;要提高钢管混凝土的工作性能,配置钢筋的效果明显优于增加钢管壁厚的效果。最终提出了适合此类构件的承载力计算公式。     

Performance and calculations of recycled aggregate concrete-filled steel tubular (RACFST) short columns under axial compression

This paper describes a series of tests on steel tubular short columns of circular section filled with normal concrete (NA) and recycled aggregate concrete (RAC). Twenty-two specimens, including 11 small diameter of RAC-filled steel tubular (RACFST) columns named CA series and 11 larger diameter of RACFST columns called CB series, were tested to research the influence of variations in confinement index and replacement ratio of recycled coarse aggregate (RCA), from 0% to 100% with 10% increasing. The test results show that both types of RACFST columns and normal concrete-filled steel tubular (CFST) columns failed due to oblique shear pressure damage with a drum-like. Comparisons are made with predicted bearing capacities of RACFST columns using the existing theories, such as Unified Strengthen theory (I), Confinement theory (II) and Superposition theory (III). The equation for axial compression stress-strain curves of the whole process are proposed in this investigation for RACFST short columns, which can be directly used in theoretical and numerical analysis as well as practical engineering design and evaluation of RACFST structures.     

高温下再生骨料钢管混凝土短柱的试验性能

介绍高温下再生骨料钢管混凝土(RACFST)短柱性能的试验研究结果。试验采用了40个试样(其中32个RACFST短柱,8个普通钢管混凝土(CFST)短柱),给出并分析了试样的失效模式、荷载-应变关系和极限强度。采用了5种类型的混凝土:1种天然骨料的标准混凝土;2种再生粗骨料,含量分别为50%和100%;2种再生细骨料,含量分别为50%和100%。试样分别置于300℃,600℃和800℃条件下长达3h。试验结果表明,由于再生骨料的存在,高温下RACFST短柱试样的抗火性低于CFST短柱试样;再生骨料含量相同的条件下,再生粗骨料(RCA)试样的性能优于再生细骨料(RFA)试样。     

钢管混凝土与钢管再生骨料混凝土抗冲击性能研究综述

介绍了钢管混凝土（CFST）和钢管再生骨料混凝土（RACFST）抗冲击性能的研究概况,总结了钢管混凝土在应变率、高温、约束系数、材料强度、冲击能量和外包约束等不同因素影响下冲击性能的相关研究成果,列举出目前对于钢管再生混凝土研究的不足之处。根据钢管混凝土抗冲击性能以及再生骨料混凝土相关特性,推测了钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能。结果表明:钢管再生骨料混凝土具有良好抗冲击性能,相关结论为钢管再生骨料混凝土抗冲击性能的进一步研究提供了参考。     

钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验,在用钢量相同的情况下,对比分析了钢管再生混凝土短柱与钢筋再生混凝土短柱二者轴压力学性能的差异;分析了核心再生混凝土强度及再生粗骨料取代率等主要试验参数对钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验结果表明：与用钢量相同的钢筋再生混凝土试件相比,钢管再生混凝土试件表现出较好的力学性能;钢管再生混凝土轴压短柱套箍系数较小时（ξ<1.0）,发生剪切破坏;再生粗骨料取代率对钢管混凝土短柱极限荷载的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土短柱类似。     

Experimental behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubular columns

This paper describes a series of tests on steel tubular columns of circular and square section filled with normal concrete and recycled aggregate concrete. Thirty specimens, including 24 recycled aggregate concrete filled steel tubular (RACFST) columns and 6 normal concrete filled steel tubular (CFST) columns, were tested to investigate the influence of variations in the tube shape, circular or square, concrete type, normal concrete and recycled aggregate concrete, and load eccentricity ratio, from 0 to 0.53 on the performance of such composite columns. The test results show that both types of filled columns failed due to overall buckling. Comparisons are made with predicted ultimate strengths of RACFST columns using the existing codes, such as ACI 318-1999, AIJ-1997, AISC-LRFD-1999, BS5400-1979, DBJ13-51-2003 and EC4-1994. A theoretical model for normal CFST columns is adopted in this paper for RACFST columns. The predicted load versus deformation relationships are in good agreement with test results.     

Experimental behaviour of RACFST stub columns after exposed to high temperatures

The experimental studies on the behaviour of recycled aggregate concrete-filled steel tube (RACFST) stub columns after exposed to high temperatures are reported in this paper. Forty specimens, including 32 RACFST stub columns and 8 normal concrete-filled steel tube (CFST) stub columns as reference, were tested, and the failure pattern, load versus strain relation and ultimate strength of the specimens were presented and analysed. Five types of concrete were produced: one reference concrete with natural aggregates, two concrete mixes with recycled coarse aggregate (RCA) replacement ratios of 50% and 100%, and two concrete mixes with recycled fine aggregate (RFA) replacement ratios of 50% and 100%. The specimens were exposed to 300 °C, 600 °C and 800 °C for 3 h. The test results showed that, due to the existence of the recycled aggregates, the post-fire performance of RACFST stub columns was lower than the corresponding normal CFST specimens under the same maximum temperature suffered, and the RACFST specimens with RCA had a better behaviour than those with RFA under the same recycled aggregate replacement ratio.     

考虑钢筋锈蚀的纳米SiO2强化再生骨料混凝土梁受力性能研究

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,分别考虑强化液中纳米SiO₂掺量、再生粗骨料取代率的影响,设计制作了1根普通混凝土基准梁和8根再生骨料混凝土矩形截面梁,采用内置近距离小阴极的方法对梁内受力钢筋进行通电非均匀加速锈蚀,待受拉主筋锈蚀到一定程度后进行四点受弯加载,对加载过程中的裂缝开展情况、荷载-挠度曲线以及极限承载力进行了记录及分析。考虑钢筋锈蚀率及再生骨料取代率等因素的影响,对锈胀开裂之后的再生骨料混凝土梁的承载力计算公式进行了修正,得出了可用于设计的受弯承载力计算公式。结果表明:相同锈蚀程度下,强化再生骨料混凝土梁的抗弯承载力比天然骨料混凝土有所降低,其中25%再生骨料取代率时承载性能退化较多,抗弯承载力下降19.3%; 混凝土裂缝开展趋势较为一致,最大裂缝宽度随钢筋锈蚀程度增加而增大,随纳米SiO₂掺量增加先减小后增大; 近距离小阴极通电可实现混凝土内钢筋的加速非均匀锈蚀; 所提出的方法及获得的结论有助于推动再生骨料混凝土在沿海等不利环境中的应用。     

Behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular columns under eccentric loadings

The paper investigates the behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular (RACFST) columns under eccentric loadings with the incorporation of expansive agents. A total of 16 RACFST columns were tested in this study. The main parameters varied in this study are recycled coarse aggregate replacement percentages (0%, 30%, 50%, 70%, and 100%), expansive agent dosages (0%, 8%, and 15%) and an eccentric distance of compressive load from the center of the column (0 and 40 mm). Experimental results showed that the ultimate stresses of RACFST columns decreased with increasing recycled coarse aggregate replacement percentages but appropriate expansive agent dosages can reduce the decrement; the incorporation of expansive agent decreased the ultimate stresses of RACFST columns but an appropriate dosage can increase the deformation ability. The recycled coarse aggregate replacement percentages have limited influence on the ultimate stresses of the RACFST columns and has more effect than that of the normal aggregate concrete-filled steel tubular columns.     

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。