大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明：试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱偏压性能的试验研究

对7个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱进行偏心受压试验研究,主要研究偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响。试验研究结果表明,在偏心压力作用下,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲。带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小。在相同偏心率下,试件延性随拉杆水平间距减小而增大。     

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压性能

介绍了14个带约束拉杆方形钢管混凝土单向偏压柱试件的试验研究结果,研究试件在不同的含钢率、约束拉杆设置参数以及偏心率下的力学性能。研究结果表明约束拉杆有助提高方形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性。同时,利用国内现有规程GJB 4142—2000、DBJ 13—51—2003以及CECS 159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件承载力试验结果。采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱进行参数研究,分析约束拉杆约束系数、钢材屈服强度、混凝土强度、截面含钢率以及长细比等主要参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响,在此基础上提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱承载力简化计算公式。该简化公式计算结果与数值计算结果基本吻合,且总体上偏于安全。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究

为研究钢骨-钢管混凝土组合柱在偏心荷载下的力学性能,进行了13根组合柱的偏心受压试验,研究了钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的荷载-变形关系曲线、宏观变形特征和破坏形态,分析了偏心率、长细比、套箍系数和配骨指标对偏压组合柱力学性能的影响。研究结果表明:内置钢骨能延缓甚至阻止核心混凝土中剪切斜裂缝的开展,可有效提高偏压组合柱的极限承载力和延性;在整个加载过程中,钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱中截面纵向应变沿截面高度的变化基本符合平截面假设,且偏压长柱的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的极限承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而提高。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

高温后矩形钢管混凝土双向压弯构件力学性能试验研究

设计了双向压弯构件试验加载和量测装置;对14根高温后矩形钢管混凝土双向压弯构件的残余力学性能进行了试验测试;并对温度、长细比、加载偏心角度、截面高宽比和套箍系数等参数进行了研究。研究发现,温度、长细比、加载偏心角度、套箍系数、截面高宽比是影响高温后矩形钢管混凝土双向偏压构件承载力及延性的主要因素,高温后该类构件仍有较高承载力,所有试件的位移延性系数平均值大于8,表明高温后矩形钢管混凝土双向压弯构件具有较好的延性。     

带约束拉杆T形钢管混凝土柱偏心受压性能的试验研究

以约束拉杆间距、初始偏心率和荷载角作为研究参数,进行了16个带约束拉杆和11个不设约束拉杆T形钢管混凝土柱的偏心受压试验。分析各参数对试件的破坏形态、受力特点、承载力及延性等力学性能的影响。试验表明:拉杆的设置可以提高偏压试件的极限承载力和延性。     

高温后钢筋再生混凝土偏压柱受力性能试验研究及承载力计算

为研究高温后钢筋再生混凝土柱的偏压性能,以历经温度、再生粗骨料取代率和荷载偏心率为变化参数,设计9个钢筋混凝土柱试件(包括8个高温后试件和1个常温试件)进行静力单调加载试验,观察其表观变化和破坏形态,获取了荷载 变形曲线及截面应变,分析各变化参数对混凝土极限压应变、峰值荷载、抗弯刚度和位移延性系数的影响规律。采用ABAQUS有限元分析软件对截面温度场进行模拟,并基于模拟和试验结果对钢筋再生混凝土偏压柱的计算方法进行了研究。研究结果表明：随温度升高或偏心率增大,钢筋再生混凝土柱破坏形态表现为从大偏压向小偏压转变;混凝土极限压应变与历经温度、取代率以及偏心率呈正相关;峰值荷载和抗弯刚度随温度升高或偏心率增大而降低,在600℃时出现陡降,其中抗弯刚度衰减相对更快,而取代率影响相对较小;普通混凝土柱延性更好,而再生混凝土柱在600℃时延性最优,且偏心率越大延性越好;随截面深度增加,截面温度场呈指数函数递减,且取代率增大会加快衰减;最后,综合有限元模拟结果和试验结果提出了偏压柱承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

L形配钢型钢混凝土矩形柱偏压力学性能研究

L形配钢型钢混凝土(SRC)矩形柱用作高层建筑角柱时,可避免T形配钢SRC柱梁柱型钢不连续造成的传力不直接和应力集中问题。为揭示L形配钢SRC柱偏压力学性能,设计了不同荷载偏心率、长细比和不同配钢形式的5根L形配钢SRC矩形柱和1根T形配钢SRC矩形柱并对其开展偏心受压试验。结果表明：L形型钢在混凝土的不均匀约束作用下,试件裂缝双向不对称发展,且在同一截面高度处,L形配钢SRC柱拉压区的钢筋和型钢不同时屈服;但型钢不对称并没有明显降低试件的承载力和延性。在试验研究基础上建立有限元模型,拓展分析荷载偏心率、长细比、腹板偏心对L形配钢SRC柱偏压力学性能的影响。模型分析表明：L形配钢SRC柱的拉压区界限呈斜直线,但因斜率较小且试件承载力与T形配钢方式无明显差异,在构件截面设计时相对受压区高度可按直线进行简化;分析多种工况的有限元模型,建议取荷载偏心率0.45作为构件设计时大小偏压的初步判别标准。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压性能

为研究采用外包薄壁钢管、内灌自流平微膨胀灌浆料约束加固受火后钢筋混凝土柱的偏压性能,进行了2根未受火混凝土柱、2根受火后混凝土柱和6根受火后再加固的混凝土柱的受压试验研究,分析了不同荷载偏心率对外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱偏压承载性能的影响规律。考虑外包薄壁钢管的约束效应和高温对混凝土损伤影响,给出了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法。结果表明：荷载偏心率为0、0.87的混凝土柱受火90min后,其极限荷载分别降低了30.3%、47.4%;外包薄壁钢管对受火后混凝土轴压柱的加固效果较好,对偏压柱的加固效果略有降低,受火后荷载偏心率为0、0.87混凝土柱经加固后极限荷载分别比对应的未受火混凝土柱提高2%、降低4.7%;外包薄壁钢管加固可显著提高混凝土柱的延性;当荷载偏心率不超过1.07时,加固后试件的极限荷载随荷载偏心率的增加近似呈线性降低;提出的外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。