多室式钢管混凝土T形短柱轴压性能试验研究

对钢管混凝土T形柱进行合理的改进,提出多室式钢管混凝土T形柱(MT-CFST柱)。进行12个短柱试件的轴压试验并对其破坏过程作了详细描述,给出试件的轴压应力-纵向平均应变曲线,同时也考察试件的破坏形态及截面各尺寸、板件布置方式、钢板厚度、混凝土强度等因素对试件力学性能的影响。试验结果表明:多室式钢管混凝土T形柱能较好地增强T形截面内钢材对混凝土的约束作用,发挥两种材料的组合性能;试件的破坏以局部鼓曲和整体剪切两种形式为主,轴压性能受腹板高度、钢板厚度及混凝土强度的影响较大。同时,参考国内外4种钢管混凝土规范中的计算方法对试件的承载力进行计算,经过对比后发现,按EC4规范计算的结果与试验结果符合最好。     

两种钢管混凝土T形柱的轴压性能

为了比较多室式钢管混凝土T形柱及普通钢管混凝土T形柱轴压性能的优劣,进行了3组共6个短柱试件的轴压对比试验。试验结果表明,两种钢管混凝土T形柱的破坏均属于局部鼓曲破坏,但多室式钢管混凝土T形柱的整体性能更为优良,承载能力和延性性能均高于同截面尺寸的普通钢管混凝土T形柱。按照矩形钢管混凝土承载力公式对试件的承载力进行了验算,发现计算结果偏于不安全,因此对钢管混凝土T形柱有必要建立考虑多因素影响的承载力计算方法。     

配有圆钢管的钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力计算（Ⅱ）

针对钢管混凝土核心短柱轴压状态,采用汉基塑性全量理论对钢管进行极限承载力分析,得到屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,同时对核心混凝土采用Drucker-Prager屈服准则进行钢管约束下的承载力的计算分析.考虑配箍率对极限承载力的影响,提出了不同配箍率下的钢管混凝土核心短柱的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供一种新的方法.     

配有圆钢管的钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力计算（Ⅰ）

针对钢管混凝土核心短柱轴压状态,采用汉基塑性全量理论对钢管进行极限承载力分析,得到屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,同时对核心混凝土采用Drucker-Prager屈服准则进行钢管约束下的承载力的计算分析.考虑配箍率对极限承载力的影响,提出了不同配箍率下的钢管混凝土核心短柱的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供一种新的方法.     

Mechanical performances of concrete-filled steel tubular stub columns with round ends under axial loading

An experimental study of 22 concrete-filled round-ended steel tubular (CFRT) stub columns under axial compression is conducted compared with 4 circular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The influences of width–thickness ratio, concrete strength, steel yield strength and wall-thickness of steel tube on the ultimate bearing capacity of the CFRT columns are discussed. The 3D finite element (FE) model is also developed to analyze the behavior of the CFRT columns under axial compression. From the results, local buckling of the round-ended steel tube associated with shear failure of in-filled concrete could be observed. With the increasing width–thickness ratio, the corresponding load–strain curves have a shorter elastic–plastic stage. The parametric studies indicate that the concrete strength, tube thickness and width–thickness ratio of the steel tube also have a great effect on the ultimate bearing capacity. The numerical results also show that the confinement effect of the stub columns decreases with the increasing width–thickness ratio. A practical calculation formula for the bearing capacity of the CFRT stub columns is proposed, which is well in agreement with the experimental results.     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

Experiment study of stirrup-confined concrete-filled square double-skin steel tubular stub columns under axial loading

通过带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力性能试验,研究了拉筋配箍率对试件承载力、刚度、延性及横向变形系数的影响。采用混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元分析软件建立并验证了带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱三维实体有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外方钢管和混凝土约束作用机理。研究结果表明:拉筋能有效缓解了方钢管的局部屈曲,对短柱承载力、刚度、延性的提高效果明显;拉筋加强了内钢管对混凝土的约束作用,使得内钢管受力更加合理,并且拉筋配箍率越大,约束作用越明显。     

开孔钢板加劲型方钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

为研究开孔钢板（PBL）加劲型方钢管混凝土长柱的受力性能,完成了4个PBL加劲型方钢管混凝土长柱轴压试验。分析PBL加劲肋对不同长细比柱破坏模式、纵向应变、环向应变和承载力等的影响。结果表明：设置PBL,既可以发挥加劲肋的作用,有效防止加劲部位钢管的鼓曲,使横向鼓曲波长变短甚至出现“双波”,套箍作用明显;同时,还具有剪力连接件的作用,PBL与混凝土黏结良好,未出现PBL与混凝土剥离现象;基于CECS 159:2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》,给出PBL加劲型方钢管混凝土长柱承载力计算式,其计算结果与试验结果比较吻合良好。     

T形截面钢管混凝土组合柱－钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明：设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱 钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现“强节点弱构件”的抗震设计目的。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

横向冲击荷载下钢管混凝土柱承载性能研究

对横向冲击荷载下的两端固支钢管混凝土柱承载性能进行数值仿真分析,在此基础上分析了构件重点部位的应力、应变时程曲线以及塑性铰形成与变化过程,结果表明,横向冲击荷载下两端固支钢管混凝土具有良好的塑性变形能力和较好的抗冲击力学性能。     

不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响,进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管,其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力;环向肋板可以显著约束钢管径向变形;内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束,使得外钢管弹塑性变形能力增强;含钢率相等条件下,圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比,虽然水平承载力略有下降,但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高;3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58,均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值,表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时,结果偏于安全。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土核心柱的最新研究进展

简要地介绍了钢管混凝土核心柱的特点,列举了钢管混凝土核心柱的工程应用,归纳总结了国内外对该柱研究工作取得的最新进展,最后,对需要进一步开展的研究工作如复杂受力状态下的工作机理、节点抗震、承载力计算等进行了探讨.     

矩形钢管混凝土短柱破坏过程的数值模拟

采用RFPA3D(Realistic Failure Process Analysis)软件对轴心受压的矩形钢管混凝土短柱进行了数值模拟。分析了极限承载力与钢管混凝土柱长度的关系以及混凝土截面面积对极限承载力的影响等问题。研究结果表明,钢管混凝土柱的极限承载力随着柱长度的增加而降低,随着截面面积的增加而增加。在钢管混凝土承载力方面,数值模拟结果与试验结果比较吻合。数值模拟的特色在于再现了核心混凝土的变形、损伤与破坏过程。数值模拟结果证明了RFPA3D软件模拟钢管混凝土结构的有效性,其模拟结果可为工程设计提供参考。     

浅谈钢管混凝土柱技术在工程施工中的应用

介绍了钢管混凝土柱的承载力检算及其施工技术措施，较成功地利用钢管混凝土柱解决了钢筋混凝土柱强度达不到设计要求的问题，避免了返工和经济损失，达到了预期的效果。     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

内填料石钢管混凝土短柱轴压性能研究及承载力计算

为合理重复利用废弃石材,将抗压强度高、脆性强的石材置于钢管混凝土柱(CFST)中部,利用钢管的约束充分发挥石材的抗压强度并延缓其压溃,形成内填料石钢管混凝土(SCFST)柱。为研究SCFST短柱的轴压受力机理,采用通用有限元软件ABAQUS建立SCFST短柱精细化3D有限元模型,并利用已经完成的18根SCFST短柱和6根传统钢管混凝短柱试件的破坏形态和荷载-变形关系试验结果对模型的可靠性进行验证。通过验证后的有限元模型,分析SCFST短柱各部件之间的相互作用及荷载分配规律。在此基础上,进一步开展系统的参数分析,研究内填料石尺寸、钢管壁厚、钢管屈服强度和混凝土强度等参数对SCFST柱轴压性能的影响规律。研究结果表明,不同部件间的相互作用随钢管壁增厚和混凝土强度提高而增大,受内填石料尺寸的影响较小。提出了适用于SCFST短柱的轴压承载力计算式,在研究参数范围内计算式具有较好的计算精度。