标准火灾作用下钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,考察受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率对其抗冲击性能的影响。试验量测钢管表面温度、冲击力与压缩变形时程曲线。试验结果表明,受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温下钢管混凝土的动态力学性能有影响;受火时间对冲击极限承载力和残余变形的影响最为显著,其余参数对冲击承载力影响不大,而试件的残余变形随着受火时间和冲击能量的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。常温和火灾下钢管混凝土在冲击荷载作用下产生显著的压缩变形,遭受不同程度的破坏,但仍能够保持很好的截面完整性,说明钢管混凝土在火灾(高温)下具有良好的抗冲击能力,适用于有火灾(高温)抗冲击、抗倒塌设计需求的结构。     

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

冷弯薄壁方钢管木组合长柱轴压性能试验研究

进行了4组共36个冷弯薄壁方钢管长柱的轴心压力试验,考虑了长细比、不同填充材料两个变化参数,得到了试件的破坏模式及承载力等。结果表明,试验中空钢管柱发生失稳破坏,由于宽厚比较大,局部失稳发生后迅速导致整体失稳,而填充材料后的试件,局部失稳后承载力降低缓慢,依然可继续承载;空钢管侧向位移值不易满足《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ 227—2011)规定限值,尤其是当长细比达到172.9时,侧向位移值更难得到保证,而填充轻质耐压材料后可有效限制其侧向位移发展,构成柱的第二道抗破坏防线。填充材料后的柱,其稳定承载力明显提高;柱长细比越大,承载力提高越明显。     

钢管混凝土短柱的抗震性能和抗剪强度分析

钢管混凝土短柱在地震中易遭受脆性剪切破坏。为评估圆形或方形钢管短柱的性能,对轴向恒载和侧向往复荷载组合作用下的8个短柱构件进行了测试。测试的构件包括3个圆形钢管柱和3个方形钢管柱,另外2个为普通钢筋混凝土短柱(其中一个为圆形柱,另一个为方柱)。试验结果表明:普通钢筋混凝土短柱在遭受脆性剪切破坏时延性很差,但由于外层薄钢管对核心混凝土的包裹作用,使得钢管混凝土短柱的延性明显增强。圆形钢管混凝土短柱的侧向承载强度随着轴向加载率的增大而增大,但轴向加载率对其塑性变形能力的作用不大。对于方形钢管混凝土短柱,抗剪强度会随着轴向加载率的增大而增大,但塑性变形能力会随着轴向加载率的增加而减小。钢管混凝土短柱中,圆形钢管比方形钢管能更有效地防止核心混凝土发生剪切破坏。基于试验和分析结果,采用了改进的ACI设计方法来计算方形和圆形钢管柱的名义抗剪强度。     

轴向往复荷载作用下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了探究斜交网格结构体系中外筒斜柱的破坏机制,对8个钢管混凝土柱和2个钢管柱试件进行了轴向往复加载试验,研究加载路径、长径比、混凝土强度和含钢率对其抗震性能的影响,分析了钢管混凝土柱的破坏机制、破坏形态和滞回性能,并讨论了钢管与混凝土间的相互作用。结果表明：轴向往复荷载下钢管混凝土柱的破坏均由钢管断裂引起,核心混凝土整体保持完好,只在钢管屈曲处存在混凝土压碎现象;相比于空钢管柱,钢管混凝土柱受拉时混凝土对钢管的支撑作用,以及受压时钢管对混凝土的约束作用,保证了其具有更高的承载力、变形能力和耗能能力;钢管混凝土柱在轴压和轴拉荷载下的抗震性能存在显著差别,在轴拉荷载下具有更好的延性和耗能能力,而在轴压荷载下具有更高的承载力和刚度。钢管混凝土柱屈服后钢管对混凝土的约束作用持续增强,并当钢管纵向应变达到8×10^-3时,不同参数对其约束效应的影响达到最大。     

钢管再生混凝土柱力学性能的影响因素

对7组钢管再生混凝土柱进行了单偏压试验,研究了再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚对钢管再生混凝土柱破坏形态、承载力、轴向荷载-轴向位移曲线和轴向荷载-柱中侧向挠度曲线的影响。结果表明,不同取代率、长细比和壁厚条件下的钢管再生混凝土柱在加载过程中都会依次出现轻微鼓胀、鼓曲变形、严重变形和整体破坏的过程,且破坏特征可分为加载过程中试件上端距顶部120~220 mm位置处受压屈曲并发生弯曲直至整体破坏,以及中部弯曲失稳直至整体弯曲破坏两类;取代率对单偏压试件承载力的影响要明显小于长细比和壁厚,且在其他设计参数不变条件下,钢管再生混凝土柱的承载力会随着再生骨料取代率减小而增大、长细比增大而减小、壁厚增大而提高;在其他设计参数不变条件下,再生骨料取代率的增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度减小、侧向变形增大;长细比的增加会造成钢管再生混凝土柱的侧向刚度减小、侧向扰度明显增大;壁厚增加会造成钢管再生混凝土柱侧向刚度略有增大、侧向扰度则明显增大。     

侧向循环荷载下钢管混凝土柱的性能

给出准静态荷载作用下钢管混凝土柱累积损伤性能研究的试验结果。研究参数有:钢管的径厚比、2种类型的填充物(素混凝土和钢纤维混凝土)。试验第1阶段采用一系列基准试验来确定变幅循环荷载作用下钢管柱的滞后性能,试验第2阶段主要研究恒幅循环荷载作用下荷载大小和循环次数对钢管柱累积损伤的影响,并对试验结果进行了总结。研究表明,钢纤维混凝土填充的钢管混凝土柱与素混凝土填充的钢管混凝土柱相比,其延性和能量吸收能力显著增加,损伤指数降低。给出预测填充柱累积损伤指数的简单公式,该指数可以对新的和已有的填充柱进行地震安全评估。     

混凝土填充圆形钢管柱的试验性能

对自密实混凝土和普通混凝土填充圆形钢管柱在集中荷载下的破坏形态进行了研究。对比了4种测量试件轴心变形的方法。采用17个试件试验来分析混凝土强度、有凹口的洞或孔、不同加载条件对柱的极限承载力以及荷载变形曲线的影响。讨论了这些短柱在约束条件下的性能。 对于全截面承载的构件,不同规格的应变仪能够记录钢管应变;有一定量程的电子位移传感器可以记录轴向位移。采用高强混凝土时,对于全截面承载试件,极限承载力显著增加,但是,破坏后的残余力几乎恒定。然而,一旦钢管带凹口,试件的轴向压缩刚度减少;在某些情况下,极限承载力也减低,钢管起到横向限制的作用而不是轴向的约束。对于没有凹口、用普通混凝土和自密实混凝土填充的圆形钢管柱,当试件全截面承载时,欧洲规范4预测出了合理的承载力。     

侧向冲击下箱形钢管混凝土叠合柱动力响应试验研究

为研究箱形钢管混凝土叠合柱抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机进行了箱形叠合柱冲击试验,研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移、应变时程以及破坏形态的影响。试验结果表明:箱形叠合柱在冲击荷载作用下发生弹塑性破坏;随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,柱破坏形态表现为外层混凝土开裂且剥落明显,但内部钢管混凝土跨中冲击部位钢管无局部屈曲;两端固定时的抗冲击性能较两端简支时增强;而轴力对其动力响应影响不显著。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明:配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

Analysis of steel-reinforced concrete-filled-steel tubular (SRCFST) columns under cyclic loading

A new form of composite column, steel reinforced-concrete filled-steel tubular column (SRCFST) has been proposed to undertake higher loads. This contribution presents a numerical study of cyclically loaded SRCFST columns based on the ABAQUS standard solver. The feasibility and accuracy of the numerical method was verified by comparing the calculated results with the experimental observations. The lateral displacement-load curves and sectional stress distributions were analyzed. The results indicate that the SRCFST columns have higher specimen stiffness, peak lateral load and deformability than common concrete filled steel tubular (CFST) columns due to the presence of the section steel. A parametric study, including influence of axial load levels, ratio of section steel, yield strength of section steel, concrete strength and thickness of steel tube on peak lateral load was also carried out.     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。