圆CFRP-钢管混凝土的剪切性能试验研究

研发了结构用杆件在剪切力作用下的试验装置和方法。以混凝土强度和横向CFRP层数为主要参数,分别进行了9个圆CFRP-钢管混凝土试件和3个圆钢管混凝土试件的剪切静力试验研究。试验结果表明,试件的剪力-剪切位移曲线可以划分为弹性阶段、增强阶段和软化阶段。提高混凝土强度和增加横向CFRP层数都可以提高试件的抗剪承载力。钢管和CFRP可以协同工作,纵向应变和横向应变均为拉应变,而45?方向应变为压应变。应用有限元软件ABAQUS模拟了试件的剪力-剪切位移曲线,模拟结果与试验结果吻合良好。     

CFRP增强方截面钢管混凝土受弯性能研究

以钢管约束效应系数和纵向CFRP增强系数为主要参数,进行16个CFRP增强方钢管自密实混凝土受弯构件的静力试验研究。试验结果表明,试件的弯矩-曲率曲线可以划分为以下三个阶段:弹性段、弹塑性段和软化段;纵向CFRP可以提高试件的抗弯承载力和刚度。对试验结果的分析表明,钢管和CFRP在横向和纵向都可以共同工作;在整个加载过程中,试件变形基本符合平截面假定。应用ABAQUS模拟试件的弯矩-曲率曲线和破坏模态,计算结果与试验结果吻合良好。     

圆CFRP-钢管混凝土压弯构件滞回性能试验研究

进行了12个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验研究。试验结果表明,CFRP对圆钢管混凝土有很好的环向约束和纵向增强作用,钢管的局部屈曲得到了延缓或消除。所有试件的跨中荷载-挠度曲线和弯矩-曲率曲线均较为饱满,表现出很好的滞回性能。在加载后期,无轴压力试件的承载力无下降,而有轴压力试件的承载力明显下降。对试验结果的分析表明,钢管和CFRP在纵向和环向都可以协同工作;同一点的纵向应变和环向应变异号;试件的挠曲线均近似为正弦半波曲线。计算表明,强度退化不显著,轴压比和纵向CFRP增强系数的增大可以提高试件的抗弯承载力和刚度,同时减缓刚度退化,但会降低试件的延性和累积耗能,而轴压比在一定范围内对试件的抗震性能是有利的。     

高温后方钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为研究高温后方钢管高强混凝土的黏结性能,以混凝土强度、温度、锚固长度为变化参数,完成了17个方钢管高强混凝土试件的高温后静力推出试验。通过试验获取了各试件的荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了各变化参数对黏结强度的影响;并基于试验分析,提出了高温后方钢管高强混凝土黏结滑移的本构关系。结果表明：加载端和自由端的荷载-滑移曲线形状相似;方钢管高强混凝土黏结强度与锚固长度成反比,并随恒定温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势;试件黏结损伤的发展随历经恒定温度的升高而发展较迟且缓慢;界面黏结耗能能力总体上随混凝土强度的提高而增强、随历经温度的升高而下降的变化趋势;方钢管的应变与应力沿其长度方向均呈指数分布,由自由端向加载端减小。     

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。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个试件,对其进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率和轴压比2个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等,并采用相关规程计算低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明：试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱试件相似,主要表现为试件根部钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;在试验选取的再生粗骨料取代率参数范围内,试件的滞回曲线受其影响不大;试件的平均位移延性系数接近3;破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.323~0.360之间;建议对采用规程GJB 4142-2000计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以0.92的折减系数;对采用规程DBJ 13.51-2003计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以1.13的扩大系数。     

薄壁方钢管再生混合柱抗震性能试验研究

通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型,对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时,随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力;在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35,满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求;采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性;横截面积和用钢量相同时,薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现,薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

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。     

两层带水平缝钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

设计3个两层单跨缩尺比为1∶.3的带水平缝钢管混凝土剪力墙,对其进行拟静力试验,其中2个组合剪力墙按“强剪弱弯”设计,1个按“强弯弱剪”设计,剪跨比均为1.55,分析结构的承载力、破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及耗能能力等。试验结果表明：钢管混凝土暗柱和剪力墙竖向接合面连接可靠,底层钢管出现局部屈曲;组合剪力墙正截面承载力中绝大部分由钢管混凝土暗柱承担,约占底部弯矩75%;组合剪力墙的极限位移角大于1/100,带水平缝组合剪力墙滞回曲线饱满,无明显“捏拢”现象。给出了无轴压力作用下钢管混凝土剪力墙正截面承载力计算方法,其计算值与试验值吻合较好。      

型钢-方钢管自密实高强混凝土轴压短柱受力性能的试验研究

提出了一种重载柱设计的模式,即型钢-方钢管自密实高强混凝土柱。该组合柱是在方钢管中填充自密实高强混凝土和型钢而形成。通过13根型钢-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴心受压试验,研究了该组合柱的受力性能。试验结果表明自密实试件与经过振捣的试件的受力性能几乎没有差别;型钢的存在有效地延缓或抑制了高强混凝土中剪切裂缝的产生从而提高了构件的延性;混凝土强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量对构件的强度和延性有着显著影响。最后给出了型钢-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱强度承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管混凝土暗柱内嵌钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

以某超高层建筑核心筒剪力墙结构为原型,对两端为方钢管混凝土暗柱的内嵌钢板 高强混凝土组合剪力墙进行了拟静力试验研究。试验设计了3个剪跨比为2.0、设计轴压比为0.5的1∶7模型试件,主要变化参数为混凝土强度等级和含钢率。试验结果表明：试件的破坏形态主要为暗柱钢板竖向焊缝开裂、暗柱内混凝土压溃和底部外包钢板局部屈曲,墙中部混凝土的弯剪斜裂缝发展不明显;3个试件的滞回曲线都较为饱满,具有较高的耗能能力,承载力极限状态时的等效黏滞阻尼系数约为0.22;3个试件的屈服位移角平均值为1/214,极限位移角平均值为1/58,延性系数平均值为3.77;在整个加载过程中,弯曲变形和剪切变形对顶点位移的贡献比例基本保持不变,由剪切变形产生的顶点位移约占总顶点位移的20%。     

Experimental and theoretical research on bond behavior of concrete filled steel tube with inner steel tube

为了研究内配钢管的钢管混凝土黏结强度,对12个内配钢管的钢管混凝土试件进行了拉拔试验和16个内配钢管的钢管混凝土试件进行了推出试验,大部分拉拔试件和推出试件表现为内管与混凝土之间黏结破坏,只有少数试件因为加工误差导致外管与混凝土之间黏结破坏。通过试验得到了各试件的黏结滑移相关数据,绘制出各试件的荷载-滑移曲线,曲线总体表现出先上升后下降的特点。试验结果表明,钢管拉拔时的黏结强度比钢管推出时小,拉拔内钢管时的平均黏结强度为0.63MPa,推出内钢管时的平均黏结强度则为0.76MPa;钢管径厚比对黏结强度影响最显著,对钢管径厚比与黏结强度关系进行拟合,得到钢管径厚比与黏结强度拟合公式,并与试验值、规范值对比,拟合值与试验值的比值在0.833~1.262之间,规范值与试验值比值在1.045~1.258之间,三者较为吻合。     

FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能试验研究

通过12根FRP-圆钢管混凝土试件和1根圆钢管混凝土对比试件的抗剪试验,研究环向包裹FRP布时圆钢管混凝土柱的受剪性能,分析了剪跨比、轴压比、含钢率、混凝土强度、FRP布层数等对FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能的影响。研究结果表明,从开始加载至FRP布断裂,FRP布和钢管保持协同工作,FRP-圆钢管混凝土柱具有良好的变形能力。剪跨比和含钢率显著影响FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力,FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力随剪跨比的增大而减小,随含钢率的增大而增大。增加FRP布层数、提高混凝土强度和增大轴压比均可小幅度提高FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力。在试验研究的基础上,提出了FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合较好。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板节点拟静力试验研究

通过对2个方钢管混凝土柱-工字钢梁外隔板式节点试件进行的拟静力加载试验,研究节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制。试验结果表明,节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土。柱角附近的隔板出现严重的应力集中,影响节点的耗能和延性。对节点建立同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了节点的受力性能。结果表明,由有限元分析所得的位移曲线与试验所得的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布规律与试验结果一致。     

再生混合钢筋混凝土梁受剪性能试验研

为揭示再生混合钢筋混凝土梁的受剪性能,开展了12个再生混合钢筋混凝土梁试件与2个常规混凝土梁试件的对比试验,研究了试件的斜截面受力与变形特性,基于试验结果提出了再生混合钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式。研究结果表明：再生混合钢筋混凝土梁具有与常规混凝土梁几乎相同的初始刚度;无腹筋时,再生混合钢筋混凝土梁的开裂荷载和受剪承载力均比常规混凝土梁明显偏低,但有腹筋时两类试件的开裂荷载和受剪承载力十分接近;采用现行规范计算有腹筋再生混合钢筋混凝土梁的受剪承载力具有与常规混凝土梁相近的安全性。图12表3参12     

方钢管-钢骨高强混凝土偏压柱试验研究与理论分析

进行了10个方钢管-钢骨高强混凝土单向偏压柱的试验研究,研究其破坏形态及工作机理,分析在不同长细比、偏心率、配骨指标及不同加载方向条件下偏压柱的力学性能。结果表明：在试验参数范围内,偏压柱的承载力随长细比的增加缓慢下降,初始刚度迅速减小;偏心率的增长导致承载力降低,初始刚度减小;配骨指标的增加使构件的承载力逐渐增长;强、弱轴两个加载方向对承载力及初始刚度的影响不明显。利用纤维模型法编制了偏压柱非线性分析程序,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,通过计算分析了主要参数对承载力的影响。最后,通过对大量计算结果的回归,得出了实用的偏压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。图12表2参8     

Tests on axial behavior of stub square thin-walled steel tubular columns filled with demolished concrete blocks

通过16个薄壁方钢管再生混合短柱的轴压试验,研究废弃混凝土取代率、新旧混凝土强度差、钢管壁厚等因素对试件轴压性能的影响;基于新、旧混凝土的组合强度,对比分析国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性。研究结果表明：与全现浇薄壁方钢管混凝土短柱相比,薄壁方钢管再生混合短柱的钢管屈服较早,废弃混凝土取代率越大钢管屈服越早;薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力总体呈现出随废弃混凝土取代率增加逐渐降低的趋势,降低幅度大于薄壁圆钢管再生混合短柱;当新、旧混凝土抗压强度相近时,取代率在20%～33%范围内变化对薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力影响有限;为使再生混合短柱具有与全现浇短柱相近的安全性,建议对根据现行设计标准计算得到的薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力乘以调整系数0.9。