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。     

高强方钢管高强混凝土长柱偏压性能

为研究高强方钢管高强混凝土偏压长柱力学性能,基于已有的偏压试验研究,进一步分析了偏压柱破坏形态、荷载-挠度曲线、弯矩-曲率曲线和应变发展规律,探讨了偏心率与长细比对构件塑性发展等力学性能的影响。结合ABAQUS数值模拟研究了不同偏心率的偏压柱工作机理,并由此进一步分析了材料性能参数与构件几何参数对偏压柱的受力性能影响。基于试验与数值模拟,采用《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936—2014）和人工神经网络模型对68个试件的极限荷载Pu及其弯矩Mp值进行预测。结果表明,《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936—2014）计算的Pu值平均比试验与模拟值高2.3%,而计算的Mp值则偏于保守且平均偏低13.8%。神经网络模型对Pu及Mp值的预测结果均与试验和模拟结果吻合较好,验证了神经网络模型的有效性;且该模型可准确预测未知试验结果条件下的试件Pu及Mp值。     

高强圆钢管混凝土压弯构件(2):基本性能

目前,有关高强圆钢管混凝土压弯构件基本性能的试验及数值研究相对较少。在之前文章中,已经提出评估此类压弯构件非线性性能的数值模型,考虑约束和初始几何缺陷对核心混凝土强度和韧性及钢管的影响。验证该模型的正确性,并进行压弯构件基本性能的参数化研究。通过相应的试验结果,验证根据此模型求得的偏心荷载作用下极限承载力和轴力-变形性能的正确性。在计算机程序中应用该模型,研究高强圆钢管混凝土压弯构件的基本性能,如:荷载-位移曲线,极限承载力,轴力-弯矩曲线及由混凝土约束引起的强度增量。参数包括:构件长细比,偏心率,混凝土抗压强度,钢材屈服强度,钢材百分比,混凝土约束条件等。结果表明:提出的数值模型能有效模拟和设计高强圆钢管混凝土压弯构件。本基准数值结果对完善组合结构设计规范中有关高强混凝土压弯构件的规定很有意义。     

钢管高强轻集料混凝土短柱轴压性能的试验研究

通过24根钢管高强轻集料混凝土短柱的轴心受压试验,研究了钢管高强轻集料混凝土短柱在轴心压力下的轴力-纵向应变关系、宏观变形特征、破坏机理和破坏模式。试验结果表明:在钢管的约束下高强轻集料混凝土的弹性模量、强度和塑性性能得到了不同程度的改善,且构件的刚度有所提高;紧箍系数是影响钢管高强轻集料混凝土短柱力学性能的主要因素,紧箍系数越高,构件极限承载力提高越明显,延性越好;钢管高强轻集料混凝土短柱轴压极限承载力与同规格钢管普通混凝土基本相当。     

多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压性能试验研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作7个多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱试件。通过轴心受压试验,考察了试件的破坏形态,实测试件的荷载-变形曲线、荷载-应变曲线,研究了试件轴压性能,分析了混凝土强度、钢管壁厚度、有无钢筋笼等参数对试件承载力的影响。研究表明,多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压全过程大致分为四个阶段;在达到90%极限承载力之前,试件外形无明显变化;提高混凝土强度对试件承载力的提高作用最为明显,有无钢筋笼对试件承载力的影响不明显,增加钢管壁厚度不仅可以提高试件承载力,而且可以显著改善试件延性。基于试验结果,参考国内外相关规范,建立了多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压承载力实用计算公式,可供实际工程设计参考。     

高强钢管混凝土短柱轴压承载力试验和有限元分析

对3根高强钢管混凝土短柱的承载力进行了轴压试验,绘出了它们的荷载-应变曲线;同钢管以及混凝土柱相比,其承载力有较大幅度提高.另外,利用有限元软件ANSYS对高强钢管混凝土短柱轴压试验的全过程进行了数值模拟,得出的荷载-应变曲线与试验曲线相比吻合较好.     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用Open SEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。     

高强钢管混凝土核心柱轴压短柱的承载力研究

利用数值分析方法对高强钢管混凝土核心短柱 (L/D <4)在轴心受压时的荷载 变形关系曲线进行了全过程分析。用以往试验结果进行验证 ,吻合良好。并分析了钢管套箍指标 ,钢管强度和混凝土强度对轴压承载力的影响。最后提出了高强混凝土核心短柱轴心受压强度承载力的简化计算公式。     

高强方钢管高强混凝土短柱轴压性能

选取四种混凝土本构关系模型,应用有限元分析软件ABAQUS建立高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,再通过试验研究加以验证。结果表明:采用韩林海提出的约束混凝土本构关系模型的有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,研究了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对模型混凝土贡献比(CCR)及跨中截面钢管应力的影响。最后,提出了高强方钢管高强混凝土轴压短柱组合构件受力全过程应力-应变关系曲线表达式,计算结果与试验结果吻合较好,验证了公式的准确性。     

轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的力学性能研究

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。     

圆高强钢管超高性能混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究采用高强材料的钢管混凝土构件的基本力学性能,开展9根含钢率为0.14~0.38的高强钢管超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC)短柱轴压性能试验,同时分析钢管强度和混凝土强度变化对轴压性能的影响。试验结果表明：与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比,若其他条件相近,高强钢管UHPC柱中高强钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征得到更明显改善。钢管屈服后,为避免UHPC产生过大的横向膨胀而导致强度损失,应控制套箍作用尽早出现。采用已验证的有限元模型,开展参数分析发现,钢管混凝土短柱的轴压承载力随含钢率的增加而增大,二者的关系与混凝土强度基本独立,但与钢管强度密切相关。由于材料强度超出了现有规范的限定范围,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规程》中对高强材料钢管混凝土短柱轴压承载力的预测存在一定偏差。基于有限元数据样本,建立了高强材料钢管混凝土短柱的轴压承载力计算方法。经相关文献的试验结果验证表明,该计算方法的预测精度高,可用于实际工程。     

八角形中空钢管混凝土组合柱轴压力学性能

通过对八角形中空钢管混凝土组合柱与八角形中空钢筋混凝土柱对比试件进行了轴心受压试验与有限元分析,重点研究了八角形中空钢管混凝土组合柱的试验现象、试验全曲线、受力全过程以及试件各部分接触作用,并基于修正的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算并对比分析了试件的承载力与轴压刚度。结果表明：轴压荷载作用下,混凝土、纵筋与内钢板能够协同工作;中空方形高强RC短柱表现出较高的承载力和刚度;截面尺寸与混凝土强度对构件承载力、轴压刚度和延性影响显著,内钢板厚度对其承载力、刚度和延性影响不明显;采用修正的《混凝土结构设计规范》对该类构件承载力预测结果较为保守,对轴压刚度预测较好。     

钢管高强混凝土构件截面弯矩-曲率全曲线研究

通过 12根钢管高强混凝土构件的抗弯试验 ,研究了钢管高强混凝土构件的受弯性能。采用条带法计算了钢管高强混凝土构件截面弯矩 -曲率全曲线 :根据试验结果 ,将截面弯矩 -曲率全曲线简化为三折线 ,给出了截面弯曲刚度的三折线方程和钢管高强混凝土构件截面受弯承载力的计算公式。     

高强钢管混凝土柱抗震试验分析

对高强钢管混凝土柱进行低周反复水平荷载作用的试验 ,得到了不同轴压比情况下的滞回曲线及骨架曲线 ,讨论了高强钢管混凝土柱压弯承载力计算公式的适用性。研究表明 ,高强钢管混凝土柱具有较高的承载力及良好的抗震性能。     

方钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

本文对3根冷弯型方钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,并分析了冷弯型方钢管高强混凝土轴心受压短柱的受力性能及变形特点。提出了典型荷载-应变全过程曲线,并分析了各阶段的受力性能。得到如下结论:冷弯型方钢管高强混凝土短柱充分利用了高强混凝土抗压与钢材抗拉的材性特点,其极限承载力较普通方钢管混凝土更高;短柱试件承载力的下降取决于方钢管的局部屈曲与核心混凝土失去三向受力状态并被压碎的程度;冷弯型方钢管高强混凝土的极限承载力本质上主要由冷弯型方钢管局部屈曲控制;冷弯型方钢管高强混凝土轴压短柱后期延性较差,但含钢率越大,其后期残余承载力越大。     

超高强型钢混凝土组合柱受力性能及设计方法

为研究JGJ 138—2016《组合结构设计规范》对于超高强型钢混凝土(SRC)组合柱的适用性,根据试验研究、数值模拟和理论分析,对材料强度涵盖C130、C90高强混凝土和S690、S500、S355型钢的SRC柱受力性能和工作机理进行了研究。试验变量包括荷载偏心率、构件含钢率、钢纤维掺量及箍筋构造形式等,对构件破坏模式、承载能力和变形能力等指标进行分析,并基于纤维单元法预测了压弯构件荷载-挠度响应和轴力-弯矩相关曲线。通过对比分析,指出现行欧洲规范EC4中塑性应力分布方法高估了SRC柱承载力,并基于钢与混凝土强度匹配准则和柱构件变形性能,提出了高强材料有效强度用于SRC柱承载力预测,预测效果较设计规范有明显改善。     

轴心受压钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱承载力

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,基于合理选取钢材和混凝土本构关系以及正确定义单元类型、模型接触、加载边界条件和加载方式,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压有限元模型,通过后处理得到组合短柱的荷载纵向应变关系曲线,并与试验的荷载纵向应变曲线进行对比分析。分析了典型试件受力全过程以及最终破坏形态,同时比对了不同类别组合短柱轴心受压承载力简化计算公式,最后给出最优简化计算公式。     

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明：大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。     

钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。