圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和长细比等诸多参数进行了系统分析,评价了各参数对圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压承载力的影响,揭示了其破坏模式。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的承载力随着混凝土强度和钢材强度的增大而增大;随着偏心率、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。最后,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压作用下的承载力设计方法。研究结果将为建立圆端形椭圆钢管混凝土结构的设计和应用提供参考。     

组合十字形钢管混凝土柱承压性能有限元分析及承载力计算

为研究组合十字形钢管混凝土柱承压性能(轴压、偏压)和承载力计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合已有的6个试件的实测数据,并以偏心距、长细比、截面含钢率、混凝土强度等级和钢材屈服强度为变化参数进行了26个试件的拓展分析,探讨了各影响参数对组合十字形钢管混凝土柱承压性能的影响,分别研究了组合十字形钢管混凝土柱轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计算式。研究结果表明：组合十字形钢管混凝土柱极限承载力随着偏心距和长细比的增加而降低,随着含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度的提高而提高,其中偏心距和混凝土强度较小时承载力退化较快,承载力随含钢率的增加呈近线性增长,槽钢强度的提高更能提高试件的承载能力。基于约束混凝土理论提出的组合十字形钢管混凝土承压(轴压、偏压)极限承载力计算方法有较好的适用性。     

T形钢管混凝土异形柱单偏压性能研究

为研究H型钢连接的T形钢管混凝土异形柱的单偏压性能,使用ABAQUS建立3个偏压柱模型,得到3个模型的破坏形态、荷载-位移曲线,将有限元结果与已有试验结果进行对比,验证模型的有效性。建立长细比、偏心距、加载位置3个变量的有限元模型系列,得到各个变量与该T形柱受压极限承载力的关系曲线。研究结果表明,ABAQUS能较好地模拟H型钢连接的T形柱的单偏压受力过程;H型钢与钢管混凝土柱有效连接,整体截面能协同工作;增大长细比或偏心距均会降低柱的偏压承载力,加载位置影响柱的偏压承载力;随长细比的增大,H型钢连接的T形钢管混凝土柱的N/N_u-M/M_u相关曲线逐渐由曲线向直线过渡,为这种T形钢管混凝土柱在工程上的应用提供参考。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压性能有限元分析

在8根方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件试验研究的基础上,利用有限元软件ANSYS建立了方钢管再生混凝土长柱偏心受压的计算模型。通过计算得出了荷载-位移曲线,分析了构件的变形性能以及长细比、偏心距等因素对极限承载力的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱偏压构件主要表现为整体失稳破坏;其偏压弹性刚度随长细比及偏心距的增大呈先增后减的趋势;延性及轴向耗能能力随长细比的增大呈先减后增的趋势,随偏心距的增大呈先增后减的趋势;构件极限承载力随长细比及偏心距的增大而减小;计算结果与试验结果吻合良好,能够较真实地反映试验结果,所建立的有限元模型能够有效地对方钢管再生混凝土柱偏压力学性能进行全过程分析。     

方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱力学性能研究

以端弯矩比、长细比和荷载偏心距为主要变化参数,进行了12个方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱试验研究。试验结果表明：对于长细比为40.1的试件,端弯矩比对试件破坏形态影响很大,端弯矩比为-1的试件挠曲线为S型,而端弯矩比为1的试件挠曲线为正弦半波;而对于长细比为20.6的短柱试件,端弯矩比对试件破坏形态影响不明显;长细比和偏心距越大,承载力越小;随端弯矩比β从-1~1变化,试件承载力逐渐减小。采用两种计算方法对试件承载力进行了计算,并与试验结果进行对比,计算结果总体低于试验结果。采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的受力全过程进行分析,计算得到的试件破坏形态与荷载 变形关系曲线均与试验结果吻合良好。在此基础上,对3种不同端弯矩比的典型算例进行计算,从试件的变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土纵向应力分布及钢管与核心混凝土的相互作用等4个方面对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的工作机理进行对比分析。研究结果表明：随着端弯矩比由-1~1变化,试件的侧向挠度增大,核心混凝土承担荷载降低,试件承载力降低;所有试件的钢管均表现出良好的约束性能。     

薄壁方钢管再生块体组合柱偏压承载力研究

为分析有无肋、偏心距e、再生块体混合比η、长细比λ对薄壁方钢管再生块体组合柱偏压承载力的影响,对12根薄壁方钢管再生块体组合柱做偏压承载力试验,采用拟水平法分析各因素的影响程度。研究表明:长细比λ、偏心距e和混合比η综合效应对承载力影响高度显著,加劲肋对承载力影响显著;长细比λ由18.4增加到30.3,偏压承载力降低约450k N;偏心距e由25mm增加到50mm,有肋试件、无肋试件偏压承载力分别降低27.5,105k N;偏心距e为50mm、混合比η为35%时,长细比λ为18.4,30.3的试件加肋后承载力提高程度分别为21.38%,80%。对试验数据做线性回归分析,得出薄壁方钢管混凝土柱偏压承载力计算公式,计算精度较好。     

椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为研究椭圆钢管混凝土(ECFST)长柱的偏压性能,利用ABAQUS建立了偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的数值分析模型,考虑了钢管与核心混凝土的复杂接触问题、材料非线性问题和椭圆截面特征的影响,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和截面面积等参数进行了分析,评价了各参数对偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱轴压承载力的影响,揭示了其破坏模式和受力机理。研究结果表明,偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的破坏模式根据偏心距大小可以分为大偏压破坏和小偏压破坏,根据加载路径的不同可以分为长轴偏压破坏和短轴偏压破坏。椭圆钢管混凝土偏压长柱的轴压承载力随着混凝土强度、钢材强度和截面面积的增大而增大,随着偏心距、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件的设计方法提供参考。     

内置CFRP圆管的方钢管混凝土中长柱偏压试验

通过对10根内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱的承载力进行对比试验,分析了CFRP含量、偏心距和长细比等参数对试件性能的影响.结果表明:在长细比相同的条件下,随着偏心距的增大,相同CFRP含量的方钢管高强混凝土柱承栽力降低;在长细比和偏心距相同的情况下,随着CFRP含量的增加,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高,对核心混凝土约束效应增加,增强了构件的延性;随着长细比的增大,相同CFRP含量和相同偏心距的方钢管高强混凝土柱承载力降低.试验结果为进一步分析和推导承载力公式打下了基础.     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明：和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明：圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模...     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

圆端形椭圆钢管混凝土短柱局部轴向受压性能研究

圆端形椭圆钢管混凝土构件作为新型异形钢管混凝土构件,具有合理的主、次轴分布和较小的阻流系数,可应用在桥梁墩柱、高架柱和拱塔上,然而目前对其局部轴向受压性能的理论研究尚有不足。提出了一种圆端形椭圆核心约束混凝土等效本构关系模型,考虑了圆端形椭圆截面特征、材料非线性、钢管与核心混凝土的复杂接触问题,建立了局压作用下圆端形椭圆钢管混凝土短柱的数值分析模型;通过试验验证了有限元分析模型的准确性;系统研究了局压面积比、钢材强度、混凝土强度、含钢率、长宽比、截面面积和垫块形状等诸多参数对其局压承载力的影响,揭示其工作机理和破坏模式,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的局压承载力计算方法。研究结果将为圆端形椭圆钢管混凝土柱设计和应用提供参考依据。     

圆端形钢管混凝土双肢塔柱受力性能试验研究

采用有限元方法,在不考虑钢管-混凝土相互作用的基础上,对某斜拉桥圆端形钢管混凝土双肢柱在轴心受压和偏心受压两类工况下的受力状况进行数值模拟分析。然后,结合某斜拉桥主塔双肢塔柱应力监测实验数据,与有限元模拟数据进行对比。两者结果吻合良好,表明所采用的有限元模型是合理的。分析结果表明,相比于普通钢管混凝土结构,圆端形钢管混凝土双肢柱具有承受大偏心荷载的性能。     

High strength circular concrete-filled steel tubular slender beam-columns, Part II: Fundamental behavior

There is relatively little experimental and numerical research on the fundamental behavior of high strength circular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns. In a companion paper, a new numerical model for predicting the nonlinear inelastic behavior of high strength circular CFST slender beam-columns under axial load and bending was presented. The numerical model developed accounts for confinement effects on the strength and ductility of the concrete core and on circular steel tubes as well as initial geometric imperfections of beam-columns. This paper presents the verification of the numerical model and extensive parametric studies on the fundamental behavior of high strength circular CFST slender beam-columns. The ultimate strengths and axial load-deflection responses of circular CFST slender beam-columns under eccentric loading predicted by the numerical model are verified by corresponding experimental results. The computer program implementing the numerical model is used to investigate the fundamental behavior of high strength circular CFST slender beam-columns in terms of load-deflection responses, ultimate strengths, axial load-moment interaction diagrams, and strength increase due to concrete confinement. Parameters examined include column slenderness ratio, eccentricity ratio, concrete compressive strengths, steel yield strengths, steel ratio and concrete confinement. It is demonstrated that the numerical model developed is an efficient computer simulation and design tool for high strength circular CFST slender beam-columns. Benchmark numerical results presented in this paper are valuable in the development of composite design codes for high strength circular CFST slender beam-columns.     

钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能,采用有限元软件ABAQUS对钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压试件进行非线性有限元分析,研究了长细比、偏心率、配骨指标和加载方向这些参数对组合柱小偏心受压力学性能的影响。通过回归分析提出小偏心受压承载力简化计算公式,并将简化公式计算结果与试验结果及有限元（FEM）计算结果进行对比。结果表明:长细比、偏心率对组合柱小偏心受压承载力影响较显著;配骨指标的增大能提高组合柱的延性;加载方向对承载力影响很小;简化公式计算结果与试验结果及有限元计算结果吻合良好。     

圆端形钢管混凝土偏压柱截面优化研究

为研究圆端形钢管混凝土(RRCFST)柱的截面优化方法,基于混凝土分区思想将RRCFST截面分割为中部矩形与2个半圆形,分别采用不同的混凝土约束本构关系,利用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,并用13个RRCFST柱构件的试验结果与有限元结果进行对比,验证了模型的合理性。通过有限元建模方法设置3组共462个RRCFST柱模型,在保证每组内各模型混凝土与钢材的强度及用量恒定的情况下,细致研究了截面高宽比对RRCFST柱偏压承载能力的影响。通过有限元分析RRCFST柱轴向压力-弯矩(N-M)破坏曲线中的直线段部分与截面高宽比的关系,进一步验证了GB 50396—2014中钢管混凝土短柱偏压构件设计方法对RRCFST短柱构件的适用性。根据RRCFST短柱偏压构件设计方法,控制混凝土与钢材的强度及用量不变的情况下,通过偏压验算式推导得到RRCFST短柱构件的N-M破坏荷载包络曲线表达式。提出基于材料强度及用量层面的RRCFS短柱偏压承载力验算方法及满足承载要求的截面高宽比计算方法,为截面优化研究及工程应用提供参考。结果表明:在固定材料强度及用量不变的条件下,RRCFST短柱的N-M破坏荷载包络曲线由一段直线段及2段曲线段组成; 推导得到上述包络曲线表达式后,可在构件设计过程中直接计算判断所用材料是否足量,并计算确定构件最优截面尺寸。     

FRP强约束混凝土配筋柱稳定承载力的试验研究

通过长细比Lb为4.5～17.5的6根截面经圆弧化处理、外包FRP后的矩形截面的钢筋混凝土柱的轴心受压试验,研究了长细比对稳定承载力的影响。结果表明:长细比对FRP约束混凝土柱的稳定承载力影响远比螺旋配筋柱和普通钢筋混凝土严重,但当长细比不大于17.5时,其稳定承载力仍比未包裹柱高20%(约束比ξ=0.188)以上。讨论了影响稳定系数φ的因素,给出了稳定系数的参考值,可供工程设计人员参考。     

超高强混凝土型钢组合长柱静力性能试验研究

为解决目前规范中缺乏超高强混凝土型钢组合柱设计方法和静力受压试验研究不够深入的问题,开展了5个轴心受压和4个偏心受压的立方体抗压强度为120 MPa超高强混凝土型钢长柱的静力试验,通过考察其破坏形态、轴力-挠度曲线、轴力-竖向位移曲线和轴力-应变曲线,研究了长细比、相对偏心距和箍筋间距对其静力性能的影响.试验结果表明:...