钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。     

圆钢管混凝土中长柱轴压性能试验研究

以长细比和含钢率为变化参数,通过对14根轴心受压试件的破坏模式、荷载—应变曲线、侧向挠度曲线的分析,探析了钢管混凝土轴压中长柱的受力特征和材料发挥程度。试验结果表明:柔细构件的长细比对试件的静力学性能有影响但不显著,表现为承载力随长细比的增大而降低,钢管与混凝土的相互作用随长细比增大逐渐减弱,在长细比达到76~80时,相互作用消失。含钢率对试件的轴压性能的影响表现在对承载力的正相关,即含钢率越大,承载能力越高。试验拟定参数长细比和含钢率对钢管混凝土轴压中长柱的破坏模式无影响。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

钢管再生混凝土柱轴压及其核心混凝土多轴力学性能研究

将钢管再生混凝土结构用于实际工程中,长细比是对其力学性能影响的重要因素之一。首先对核心再生混凝土进行了多轴拉压试验,给出了其本构关系;对4种不同长细比的12根钢管再生混凝土柱进行了轴心受压试验,分析了长细比对其极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载比-横向变形系数曲线的影响。结果表明:随着试件长细比的增大,钢管再生混凝土柱的极限承载力显著下降,长细比增加50%,其承载力下降3. 3%左右;纵向应变减小,环向应变增加;钢管对核心再生混凝土的套箍约束作用开始增强的时间越早。基于试验研究和理论分析,给出了考虑长细比的钢管再生混凝土柱承载力计算公式。在上述基础上,对其进行了ABAQUS有限元模拟研究,模拟结果与试验结果吻合较好。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压性能研究

为研究不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压性能，采用有限元分析软件ABAQUS，以内钢管厚度和长细比为变化参数进行了9个试件的数值分析，探讨了各影响参数对不锈钢-钢管夹层混凝土柱轴压的影响。研究结果表明，有限元软件模拟结果与试验结果吻合较好，极限承载力误差在5%以内，外钢管上部出现一致的鼓曲变形；随着内钢管厚度的增大，试件的极限承载力提高范围在20%内，当钢管的壁厚为4～6mm时可以最有效提高承载力；长细比的增大，试件的极限承载力退化在5%以内，但因整体失稳，轴压刚度出现明显降低。提出了稳定系数与长细比的计算关系，计算结果吻合极好。     

椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能分析的三维实体有限元模型,并进行相应的试验,有限元计算与试验所得的荷载-柱中挠度全过程曲线及长柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、材料强度、钢管壁厚及截面尺寸等参数对轴压时长柱极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在1/2柱高处发生侧向挠曲破坏,长细比等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载性能试验研究

为了研究圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能,考虑长细比、含钢率、高宽比3个变化参数,设计了 6个试件进行轴压静力单调加载试验,得到了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等数据,并分析参数变化对承载力的影响.试验结果表明:圆端形钢管混凝土中长柱受力过程经历弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,破坏形态为弹塑性失稳破坏;试件承载力与含钢率呈正相关,与长细比呈负相关,对于高宽比较大的试件,含钢率对承载力的影响更大.基于有限元软件ABAQUS的参数分析,建立圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载力简化公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

波形钢板钢管混凝土柱试验研究

进行了以长细比和偏心率为参数的共22根波形钢板钢管混凝土柱的试验。对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力、柱肢钢管和波形钢板的应变等进行了分析。试验结果表明,波形钢板钢管混凝土柱的受力性能与钢管混凝土格构柱相近,随着长细比与偏心率的增大,波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力显著降低,而长细比和偏心率对其极限承载力的影响基本上是相互独立的,可采用双系数乘积公式计算。波形钢板钢管混凝土柱应考虑剪切变形对极限承载力及挠曲变形的影响,但由于波形钢板抗剪刚度要大于钢管混凝土格构柱的缀管,因而其剪切变形所引起的附加挠度对极限承载力的降低影响较钢管混凝土格构柱小。在实腹式截面杆件稳定荷载计算的基础上,提出了考虑剪切变形影响的波形钢板钢管混凝土柱稳定系数的计算方法。     

内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱非线性分析

为研究内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱的轴压力学性能,以长细比为设计参数对该柱进行轴心受压试验,并在合理选取材料本构关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对内配十字钢骨的方钢管再生混凝土轴压柱进行非线性分析,获取其变形特征、应力云图及轴向荷载-应变曲线,验证计算结果的合理性;在此基础上,分析方钢管强度、钢骨强度、再生混凝土强度、方钢管宽厚比及钢骨配钢率等参数对该短柱轴压性能的影响。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着长细比的增大,轴压柱的极限荷载和延性逐渐降低;短柱极限荷载随着方钢管强度、再生混凝土强度以及钢骨配钢率等参数的提高而逐渐增大,其中再生混凝土强度的提高对该短柱的变形能力是不利的;随着钢骨强度的增大,短柱极限荷载增大,但增幅不大;减少方钢管宽厚比对短柱的轴压性能是有利的,极限荷载增幅可达到18.5%。总体上,内配十字钢骨的方钢管再生混凝土柱具有承载力高和良好的变形能力。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

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。     

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。     

钢管轻集料混凝土中长柱轴压性能的试验研究

通过对20根具有不同长细比和混凝土强度等级的钢管轻集料混凝土中长柱进行轴压试验,研究了钢管轻集料混凝土中长柱在轴心压力下的宏观变形特征、轴力-应变关系、破坏模式和破坏机理,并与钢管普通混凝土的轴压性能进行了对比。研究结果表明:长细比是影响钢管轻集料混凝土中长柱承载力的主要因素,在相同条件下,长细比越大,试件的承载力越低;核心混凝土强度对钢管轻集料混凝土试件的稳定系数有一定影响,在截面参数相同的情况下,核心混凝土强度较高的试件稳定系数比混凝土强度较低的试件要高;在本研究的范围内,钢管轻集料混凝土的稳定系数要高于长细比相同的钢管普通混凝土。     

方钢管再生混凝土柱侧向承载力的数值模拟及影响因素敏感度分析

在方钢管再生混凝土柱低周往复荷载作用下的试验基础上,采用ABAQUS对柱在侧向水平力作用下的承载力进行模拟,运用敏感度分析原理对影响方钢管混凝土柱承载力的诸因素进行分析。研究表明:钢管再生混凝土柱侧向承载力随钢材屈服强度、含钢率和再生混凝土抗压强度的增大而提高,其中,随含钢率提高,柱侧向承载力增长较多;提高再生混凝土抗压强度对柱侧向承载力的增加很小,可以忽略;柱的侧向承载力随长细比的增大而明显减小;随轴压比的增大先微幅增大后快速减小。柱的侧向承载力对长细比敏感度最大,含钢率次之,钢材屈服强度、轴压比和再生混凝土抗压强度的敏感度依次递减。由此可见,构件长细比和含钢率是影响方钢管再生混凝土柱侧向承载力的两个主要因素。     

方钢管活性粉末混凝土轴压柱力学性能试验研究

通过方钢管活性粉末混凝土轴压柱试验,以长细比、含钢率为试验变量,研究了试件的破坏形态、荷载-位移和荷载-应变曲线,并将试验承载力与普通钢管混凝土柱承载力计算公式得到的结果进行了对比。试验表明:方钢管活性粉末混凝土轴压柱的破坏形态分为腰鼓形破坏和剪切形破坏两种,其中剪切形破坏的试件试验后期强化作用明显,极限承载力随着钢管套箍系数的增大而逐渐增大,方钢管RPC柱的荷载-位移全曲线可分为:线弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和强化阶段,部分试件还存在荷载持平阶段。     

圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管混凝土柱的受力性能,以长细比、含钢率为变化参数,经过对5组10个圆钢管混凝土短柱及中长柱的试验研究,试验结果表明:钢管混凝土短柱构件的破坏模式为材料强度破坏,所有试件荷载-轴向位移曲线的变化趋势基本类似,钢管混凝土轴压试件的极限承载力随长细比的增大而降低;在长细比20以后,钢管混凝土破坏形态由材料破坏转为弹塑性失稳破坏,长细比56的中长柱试件发生明显的失稳破坏;钢管混凝土柱的极限承载力随含钢率增大而增大,但在不同长细比下影响幅度不同。     

不同长径比圆钢管约束钢筋混凝土柱轴压承载力研究

与钢管混凝土柱不同,钢管约束钢筋混凝土柱的外包钢管主要用于约束核心混凝土而非承担纵向荷载。相比方形截面柱,圆形截面柱的钢管可为混凝土提供更强的约束,使得圆钢管约束混凝土柱具有更高的承载力和更好的延性。以柱长径比(L/D)、钢管径厚比(D/t)为变化参数,对10根圆钢管约束钢筋混凝土柱的轴压力学性能进行试验研究,并对各试件的破坏模式、承载力及荷载-钢管应力曲线进行对比分析。结果表明:钢管的强约束性仅适用于短柱情况,钢管与混凝土间的黏结摩擦和构件较长导致的稳定问题都会限制钢管约束作用的发挥。在试验研究的基础上,根据有限元参数分析结果,对现有国内外规范中相关计算公式的适用性进行了验证,并建立了考虑钢管约束作用随构件长细比增大而降低的轴压稳定承载力计算式。     

轻钢轻混凝土柱轴心受压承载力试验研究

通过6根轻钢轻混凝土柱的轴压试验,研究了不同长细比、含钢率和缀板间距等参数对其轴压承载受力性能的影响.试验结果表明：含钢率一定时,长细比为57.2的轻钢轻混凝土柱发生整体失稳破坏,长细比为40.1和46.7的轻钢轻混凝土柱发生强度破坏,破坏时钢管均发生了局部屈曲;轻钢轻混凝土柱的承载力随含钢率增大而增大,随长细比增大而减小,而缀板间距对轻钢轻混凝土柱的承载力影响不大;轻钢轻混凝土柱与普通混凝土柱的抗压破坏机理和形态基本相似,其轴压承载力可按普通混凝土柱轴压承载力公式计算.     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算EI北大核心CSCD

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压性能,对11个组合柱试件进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个设计参数,观察了试件的受力全过程以及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线;重点分析了设计参数对组合柱轴压性能的影响。研究结果表明：组合柱主要破坏特征为型钢屈服后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;组合柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但试件仍表现出良好的变形能力;减小圆钢管径厚比和增大型钢配钢率均可提高试件的轴压承载力和变形能力;长细比的增大降低了组合柱的轴压承载力;此外,组合柱的横向变形系数约为1.2。在此基础上,基于极限分析法和试验数据,提出了适用于圆钢管型钢混凝土组合柱的轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。