方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压机理及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压受力性能,完成了25个方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱试件和4个普通方钢管混凝土柱试件的轴心受压试验。从试件的表观破损全过程、核心混凝土的碎裂形态、螺旋筋的失效模式、荷载位移曲线、各钢材组分的应变发展规律等多个角度对方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压机理展开分析,并与普通方钢管混凝土柱进行了对比。研究结果表明：螺旋筋有效改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特点|螺旋筋、纵筋及方钢管之间具有良好的变形协调性,在本研究的配筋率范围内(0.44%~2.90%),螺旋筋的屈服强度均能充分发挥|方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱比普通方钢管混凝土柱具有更好的轴压承载能力和变形能力,且随着螺旋筋间距的减小、直径和径宽比的增大,其表现出更优良的轴压性能|基于复合约束模型推导的承载力公式,其物理意义明确、形式简单,且计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考。     

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明：角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明:方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理试验研究

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：方钢管、螺旋筋、纵筋及核心混凝土四者能协同工作,各种材料强度均能充分发挥;螺旋筋在弹性受力阶段发挥的作用较小,不能延缓方钢管发生局部鼓曲,而主要在弹塑性及流塑阶段发挥约束作用,能显著提高轴压短柱的承载力和变形能力;方钢管和螺旋筋对核心混凝土形成双重约束机制,当方钢管发生鼓曲后螺旋筋能有效补充对核心混凝土的约束作用,进而改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特性。     

约束混凝土方形截面柱轴压承载力计算方法

GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中规定,考虑箍筋约束作用时,箍筋间距不应大于80mm和核心截面直径的1/5;ACI 318-14《美国房屋建筑混凝土结构规范》中规定,考虑箍筋约束作用时,箍筋净间距不宜超过75mm,且不宜小于25mm。上述规范条款,一方面对大截面尺寸柱会造成箍筋过密而难以施工,另一方面缺乏对箍筋间距较大时约束作用的合理考虑方法。依据所收集的足尺约束混凝土柱试验,对约束混凝土柱轴压承载力进行分析,研究结果表明：按照Model Code 2010引入截面形状与纵向钢筋布置的影响系数、截面形状与箍筋间距的影响系数,考虑箍筋间距和矩形截面中箍筋约束的纵向钢筋间距的影响,约束混凝土柱承载力计算值和试验值吻合程度较好。可放宽GB 50010—2010和ACI 318-14对约束混凝土柱中箍筋最大间距的规定。     

高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱受力性能试验研究

为研究高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土柱的受力性能,设计了32个约束混凝土柱,对其进行轴心受压试验。试件主要设计参数包括混凝土强度等级为C50、C60、C70、C80,高强钢棒抗拉强度标准值为800、970MPa,体积配箍率为0.9%、1.2%、1.6%、2.0%。试验结果表明：约束混凝土柱在轴向荷载作用下呈腰鼓形破坏或单折剪切破坏,对于确定的非约束混凝土抗压强度和箍筋抗拉强度,约束箍筋体积配箍率较小时发生单折剪切破坏,体积配箍率较大时发生腰鼓形破坏;约束箍筋拉应变随混凝土弹性模量与非约束混凝土抗压强度比值增大而增大,随箍筋体积配箍率增大而减小;约束混凝土柱的体积配箍率大于某一量值时,会出现约束混凝土达到抗压强度时箍筋拉应变小于其屈服应变的情况。基于试验结果,建立了用于判别腰鼓形破坏和单折剪切形破坏的界限,并给出了相应的计算式;建立了约束混凝土柱发生轴压破坏时约束箍筋拉应变计算公式及箍筋受拉屈服对应的最大体积配箍率计算公式,为合理设计高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱提供参考。     

钢桁架约束混凝土组合柱约束机理及截面曲率分析

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱具有良好的力学性能及抗震性能,且其截面形式能够有效提高内部钢材的利用率。基于已进行的轴向力学性能试验,对ST约束混凝土的约束机理进行详细分析,建立有效约束力计算模型、承载力计算模型以及本构模型。进行ST约束混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,在试验研究的基础上,建立组合柱的截面弯矩-曲率分析模型。基于所提出截面分析模型,分析轴压比、混凝土强度等级、角钢含钢率、缀板宽度与角钢间距之比、缀板净距与角钢间距之比、角钢间距与缀板厚度之比对柱截面屈服曲率和极限曲率的影响。建立组合柱截面屈服曲率和极限曲率的计算公式,进一步推导截面曲率延性系数和位移延性系数的计算公式,并与试验结果进行对比,验证公式的准确性与适用性。所提出公式基于大量计算数值,所考虑的因素较为全面,可为后续组合柱的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供一定依据。     

用螺旋筋约束柱法加固混凝土立柱

在混凝土立柱加固工程中,用一定规格的钢筋连续缠绕在混凝土立柱上成螺旋状,以细石混凝土填塞柱与螺旋筋之间的空隙,再用水泥砂浆抹平压光作为保护层,即螺旋筋约束柱法,用此法可提高混凝土立柱的承载力,起到一定的加固作用。     

高强螺旋筋约束活性粉末混凝土局压承载力试验

应用高强螺旋筋使活性粉末混凝土局压区形成约束核心区,以避免活性粉末混凝土局压区突然脆性劈裂破坏,可达到改善局压区正常使用性能、提高其延性与局压承载力的目的。以局压面积比、局压面积与核心混凝土面积比、螺旋筋率为基本参数,完成了12个970MPa级高强螺旋筋约束约束活性粉末混凝土轴心局压承载力试验,结果表明50%的试件破坏时螺旋筋不小于其比例极限,反映出高强螺旋筋强度较充分利用;试件的初裂荷载较小、开裂后至破坏前表面裂缝发展缓慢,破坏导致承压面附近局部崩裂但试件相对完整,说明螺旋筋对核心混凝土的约束显著。分析了主要参数对局压承载力提高系数的影响,结合未配筋活性粉末混凝土局压试验结果,提出高强螺旋筋约束活性粉末混凝土局压承载力实用计算方法。     

混杂纤维加固混凝土方形短柱极限承载力研究

采用碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布层间混杂加固混凝土方形短柱,就不同加固类型柱体的极限承载力进行对比试验,结果表明混杂纤维的协调匹配能够充分发挥不同纤维的优势,扬长避短,提高承载力,降低成本。     

Restraint mechanism and bearing capacity calculation of steel- concrete composite square columns with internal spiral bars

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱（简称“方柱”）内置螺旋筋的约束增强机理，明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律，设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验，观察了方柱的破坏过程，揭示了其约束增强机理，对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律，提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”，提升组合柱的承载力和变形性能，但对轴压刚度无明显增益效果；增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性，且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著，其次是减小螺旋筋间距，再次是增大螺旋筋直径；组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓，且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱；结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压试验研究及承载力计算

通过16个基于耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件混凝土中部纵向压应力-应变曲线、试件压应力-耐碱玻纤网格中部应变曲线,分析了加固层混凝土中聚丙烯纤维含量、耐碱玻纤网格包裹方式等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。通过引入合理的基本假定和强度模型,提出了耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压承载力计算方法,并将所提计算方法及相关文献计算方法得到的理论计算值与试验结果进行了比较。结果表明:试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,裂缝最先出现在试件角部区域并向两端发展,部分试件出现加固层剥离现象; 相较于耐碱玻纤网格间隔包裹试件,全包试件表现出更好的抗压性能及延性; 随着加固层混凝土中聚丙烯纤维含量的增加,试件极限承载力呈先提高后降低的趋势; 采用所提计算方法得到的理论计算值与试验结果吻合较好,且理论计算值均小于试验值,说明所提公式具有一定安全储备,可供工程设计参考使用。     

带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。     

方形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法对比

以方形钢管混凝土短柱的轴压承载力为研究对象,总结了现有的几种计算理论及计算公式,通过各公式的计算结果与试验结果的对比表明,基于叠加原理的EC4(2004)公式较其他规范公式在计算方形钢管混凝土轴压强度时有更好的适用性。     

部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯面内整体稳定承载力的工程计算

利用有限元方法建立部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)模型,对比既有试验数据,校核其可行性.经大量参数计算,在多高层建筑结构常见的柱子长细比范围内考察了压弯构件极限状态下轴力-弯矩相关曲线的特点.提出了采用轴力-弯矩相关方程表达的PEC柱单向面内压弯整体稳定承载力计算公式,利用既有试验数据、有限元计算数据对该公式的适用...     

部分包覆钢-混凝土组合柱轴压整体稳定承载力的工程计算

部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)能以较小的截面尺寸承担较大的荷载,因而在实际工程应用中具有较大长细比,承载力转为由整体稳定控制.利用有限元软件ABAQUS建立PEC轴压柱模型,对比既有试验数据,校核其正确性.在此基础上,对不同截面尺寸、材料强度配比下的构件进行参数分析.根据计算结果,对PEC柱的轴压整体稳定系数取值...     

部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯承载力计算方法比较

总结欧洲规范EN 1994-1-1、加拿大规范CSA-S16-09和国内规范《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719-2020)中部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)以及《组合结构设计规范》(JGJ 138-2016)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)中组合柱的单向压弯承...     

型钢混凝土异形柱受剪机理及承载力计算

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的抗震性能,对17个型钢混凝土异形柱试件采用"建研式"加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态。试验表明SRC异形柱的破坏形态有剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、剪弯破坏和弯曲破坏;分析了SRC异形柱的破坏机理和特点,给出了荷载-位移滞回曲线和荷载-应变滞回曲线;分别推导了各种配钢形式的SRC异形柱在正向荷载(沿工程轴)以及斜向荷载作用下发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值吻合较好。理论分析和试验结果表明:异形柱中的翼缘对构件的抗剪强度有提高作用,提高的程度与荷载作用方向和柱的肢长肢厚比有关,但在肢长肢厚比一定的前提下与肢厚的改变无关。T、L形截面柱的斜向抗剪强度大于正向加载抗剪强度,而十字形截面柱的斜向抗剪强度小于正向加载抗剪强度。