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-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。     

型钢-方钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS有限元软件对型钢-方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行了有限元分析,探讨了型钢-方钢管混凝土轴压短柱、等截面普通方钢管混凝土轴压短柱、等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的内力变化情况。分析结果表明:三种短柱中型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力最大且延性最好;与等截面普通方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱中核心混凝土纵向应力有所增长,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减缓,钢管对核心混凝土的约束作用减小;与等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱角部端点的约束效果最明显,钢管中点的约束效果最弱,型钢-圆钢管对核心混凝土的整体约束最强,型钢屈服后纵向应力略低于其屈服强度,且型钢的翼缘部分抗压强度比腹板部分的抗压强度高;等型钢含量情况下,随着翼缘长度b与腹板高度h比值的增大,轴压短柱的极限承载力越来越低,当b/h=0,即十字形钢骨-方钢管混凝土轴压短柱承载力最高;等体积含钢率下,普通方钢管混凝土柱轴压短柱承载力最低,随着型钢截面面积As与方钢管截面面积At的比值的增大,轴压短柱的极限承载力先增后降,当As/At≈0.8时,承载力达到最大值。     

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。     

CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

利用有限元模型对碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了研究。介绍了利用有限元实现轴压条件下CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土短柱的建模方法。随后分别与两项试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。基于验证后的有限元模型对CFRP加固承载状态下含腐蚀的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了参数分析。参数包括初始承载率、腐蚀角度、腐蚀深度、腐蚀长度以及CFRP层数。研究发现：CFRP能够提高钢管中部横截面屈服时构件的荷载,并且对极限承载力有明显提升;初始承载率的增大会导致在钢管中部横截面屈服时构件轴向荷载的降低,但对极限承载力并无显著影响。     

圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析

结合圆端形钢管混凝土轴压短柱试验,利用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱计算模型。选择简化的圆端形核心混凝土本构模型,计算得到构件的荷载-轴向应变曲线,并与试验曲线进行了对比,结果表明两者吻合较好。在此基础上进行了参数分析,研究了混凝土强度等级、钢材强度等级对构件承载力的影响。模拟结果表明,构件的承载力随着混凝土、钢材强度等级的提高而提高,但随着混凝土、钢材强度等级越来越高,构件承载力提升幅度开始变缓。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

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。     

圆钢管约束陶粒混凝土短柱的单轴受压试验研究及承载力计算

通过对14根圆钢管约束陶粒混凝土短柱进行单轴受压试验,研究钢管屈服强度、径厚比和钢管与陶粒混凝土的接触对其破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载-横向变形系数和承载力的影响。结果表明：轴压作用下,试件均为剪切破坏,剪切角约60°,荷载-位移曲线无明显下降段。D/t≥19时极限承载力随着径厚比的减小而增大。钢管屈服强度越高,钢管与混凝土间贴膜,钢管对混凝土的约束作用越大。不考虑钢管与混凝土间接触的影响,计算结果与试验结果吻合较好。