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。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管高强混凝土组合柱的受剪性能及承载力计算

为了研究钢管混凝土组合柱的受剪机理及承载力,以剪跨比、箍筋形式、体积配箍率、轴压比和钢管尺寸为变化参数,设计了12个钢管高强混凝土组合柱进行受剪性能试验,分析组合柱的破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、变形以及承载力等受力性能的变化规律.研究表明:组合柱破坏形态受剪跨比和箍筋形式的影响显著,除剪跨比1.5的...     

钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能,基于合理的钢材和混凝土本构关系模型,采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比,验证了理论分析模型的正确性。在此基础上,对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析,提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式,简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作,建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析; 将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。     

非对称配钢钢骨混凝土柱抗震性能试验研究

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,进行了12个T形配钢、12个L形配钢的钢骨混凝土柱试件在低周往复荷载作用下的试验研究,试验参数为剪跨比、轴压比、体积配箍率以及是否配置拉结筋,对受力过程、破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性、耗能能力等进行了分析比较。结果表明,在恒定轴向荷载和水平低周往复荷载共同作用下,非对称配钢钢骨混凝土柱表现出较好的受力性能,破坏形态主要有弯曲破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏、剪切复合型破坏4种,各试件表现出较明显的正负滞回环不对称现象。剪跨比对破坏形态有较大影响,剪切复合型破坏主要发生在配有严重不对称的L形配钢的试件中;各试件的延性性能均随轴压比的增大而降低,在L形配钢试件中更为明显;增大配箍率对T形配钢试件的延性和承载力均有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力,有效改善混凝土的脆性性质,但对于剪跨比较小的L形配钢试件受力性能的改善并不明显;配置拉结筋能够提高各试件的承载能力,改善加载后期试件的承载力衰减和刚度退化,并明显增强了L形配钢试件的变形能力。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

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。     

高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能研究

为研究高温后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载性能,以再生粗骨料取代率和温度为变化参数,设计了24个试件进行轴心受压加载试验,观察高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力过程及破坏形态,获取其应力-应变曲线、极限承载力等重要数据,并分析再生骨料取代率、温度对该类新型组合构件轴压性能的影响规律;最后对高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力计算方法予以探讨。试验结果表明:随温度的升高,高温后试件的极限承载力和弹性刚度整体上均呈降低之势,延性系数和耗能均先减后增;随再生骨料取代率的增大,高温后试件的极限承载力降低,弹性刚度先增后减,延性系数和耗能均呈增长之势。     

大径宽比钢管混凝土叠合柱轴压试验

为研究大径宽比钢管混凝土叠合柱的轴压性能,设计制作了外径在400～600 mm范围内、含钢管率在3.70%～6.75%范围内的6根大径宽比钢管混凝土叠合短柱试件,并对其进行轴压试验。使用亚克力棒测量了钢管内部混凝土的应变,给出了不同柱径试件各部位的典型应变增长曲线。结合试验结果,引入考虑试件尺寸效应的混凝土材料强度折减系数,提出了适应大径宽比钢管混凝土叠合柱的极限承载力计算公式。结果表明:大径宽比叠合柱达到峰值荷载后承载力下降缓慢,具有较好的延性; 含钢管率的提升直接增强叠合柱的承载力,含钢管率为6.08%的试件比含钢管率为3.70%的试件承载力高27.3%; 不同尺寸试件的破坏特点存在差异,一般表现为尺寸越大,破坏越显脆性,但不同尺寸试件的各部位典型应变增长模式基本一致; 叠合柱外部钢筋混凝土在加载中后期对承载力贡献较小。     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

波纹侧板-方钢管混凝土柱轴压性能研究

为研究波纹侧板-方钢管混凝土柱轴压性能,进行了1个1/2缩尺试件轴压试验,对其受力机理、破坏模式进行分析,发现该类柱具有较好的延性及较高的承载能力。同时对波纹侧板-方钢管混凝土柱进行了有限元分析,分析结果表明：由于波纹板具有较高的侧向刚度,使核心混凝土能够得到较好的约束,但是波纹板基本不承担轴向荷载;破坏形式为钢管局部屈曲、波纹板向外鼓曲、钢管内混凝土及核心混凝土被压碎;随着波纹板厚度增加,承载力、延性提高;随着波纹板强度提高,延性略有提高,对承载力影响不大;承载力随混凝土强度提高而提高,但是延性变差。提出了波纹侧板-方钢管混凝土柱轴压承载力实用计算式,计算值与有限元分析值、试验值吻合较好。     

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。     

型钢区域约束混凝土柱抗震性能试验研究

对4个型钢区域约束混凝土(SRCC)柱、1个普通井字箍约束混凝土(NCC)柱及1个钢筋区域约束混凝土(RCC)柱进行拟静力往复荷载对比试验,其中型钢区域约束混凝土柱设计轴压比分别为1.1,1.3及1.6,普通井字箍约束混凝土柱及钢筋区域约束混凝土柱设计轴压比为1.1,而型钢区域约束混凝土柱在1.1轴压比时,分别设置两种不同间距(70,90mm)的箍筋。对各试件滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性和耗能性能进行分析。结果表明型钢区域约束混凝土柱受力均匀,能有效抑制贯通斜裂缝的发生,避免脆性的剪切破坏;在相同轴压比下,箍筋间距的增大使型钢区域约束混凝土柱的抗震性能降低;随轴压比的提高,型钢区域约束混凝土柱的抗剪承载力、延性、变形能力和耗能能力均增强,且明显高于普通井字箍约束混凝土柱和钢筋区域约束混凝土柱;型钢区域约束混凝土柱在高轴压比下具有良好的力学性能和抗震性能,宜加以广泛推广使用。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

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。