带约束拉杆方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

进行了10个带约束拉杆和5个不设约束拉杆方形钢管混凝土短柱轴心受压构件的试验研究。主要研究参数为约束拉杆直径和间距、钢管厚度、钢材强度等。试验研究表明,在轴心压力作用下,方形钢管混凝土短柱在设置了约束拉杆后,能有效改善横截面周边中部钢管对核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生失稳性的局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使方形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性均有较大幅度的提高。同时,应用现有规范及规程有关方形钢管混凝土承载力计算公式,对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,计算结果与试验结果相比较为保守。     

带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱恢复力模型研究

为研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的恢复力特性,进行了2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件在低周反复荷载作用下的试验研究。基于Open Sees纤维截面建立带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的纤维模型,并对其滞回性能进行计算,数值分析结果与试验结果吻合较好,在模型得到验证的基础上,进一步考虑了轴压比、钢管壁厚、混凝土抗压强度、钢管屈服强度、约束拉杆间距、长细比等因素对骨架曲线的影响,基于分析结果,回归分析得出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的恢复力模型。结果表明:在研究参数范围内提出的恢复力模型与试验结果吻合较好。     

轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的试验研究

对7根轴压下L形钢管混凝土短柱(6根带约束拉杆,1根无约束拉杆)进行试验,介绍试件和试验方案的设计,分析钢板厚度、约束拉杆的直径和水平间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱极限承载力和延性的影响.试验表明,在L形钢管混凝土短柱上设置约束拉杆,可以有效地延缓钢管壁的局部屈曲,改善钢板对核心混凝土的约束效应,提高该类构件的极限承载力和延性.最后,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成1个方形和2个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,并借鉴带约束拉杆方形钢管混凝土承载力的计算公式,对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的极限承载力计算方法作初步探讨.     

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在试验的基础上,分析了带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的受力机理,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,提出了轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的承载力计算公式,并结合试验数据确定了计算公式中的参数。用建议计算公式对有关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。     

基于有限条法的带约束拉杆方形钢管混凝土柱局部屈曲模型

现有的带约束拉杆方形钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型仅能考虑拉杆的纵向间距对其局部屈曲性能的影响,具有一定的局限性。针对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱钢板的局部屈曲特性,通过界定约束拉杆的影响区域,基于有限条法建立了带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲的全新模型。利用已有试验结果对所提模型的计算结果进行验证,并与现有模型的计算结果进行比较。与现有模型相比,所提模型的计算结果能反映约束拉杆的水平间距、纵向间距以及直径对带约束拉杆方形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力的影响,且计算结果与试验结果整体上更为接近。应用所提出的模型,研究约束拉杆的水平间距、纵向间距及拉杆直径对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱钢管临界局部屈曲强度的影响。结果表明,拉杆纵向间距对临界局部屈曲强度影响最为显著,水平间距次之,而拉杆直径的影响最小。最后讨论了不同约束拉杆间距和直径下钢板宽厚比的合理限值,供工程设计参考。     

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压性能

介绍了14个带约束拉杆方形钢管混凝土单向偏压柱试件的试验研究结果,研究试件在不同的含钢率、约束拉杆设置参数以及偏心率下的力学性能。研究结果表明约束拉杆有助提高方形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性。同时,利用国内现有规程GJB 4142—2000、DBJ 13—51—2003以及CECS 159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件承载力试验结果。采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱进行参数研究,分析约束拉杆约束系数、钢材屈服强度、混凝土强度、截面含钢率以及长细比等主要参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响,在此基础上提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱承载力简化计算公式。该简化公式计算结果与数值计算结果基本吻合,且总体上偏于安全。     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载特性

通过对2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件的拟静力试验,研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力。采用带约束拉杆方形钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系,利用有限条带法对反复荷载作用下试件的骨架曲线进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。并利用该方法分析钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度及拉杆约束系数等参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力的简化计算式。运用简化算式及国内外技术标准分析构件的压弯承载力,简化式与试验结果吻合较好,而CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土技术规程》没有考虑约束拉杆的作用,对构件的压弯承载力评估不足。     

带约束拉杆方形钢管混凝土柱的设计方法与施工要求

基于对带约束拉杆方形钢管混凝土柱的试验和理论研究成果,提出带约束拉杆方形钢管混凝土柱的设计方法以及施工要求,供工程设计和施工人员参考.     

带约束拉杆异形截面钢管内核心混凝土等效单轴本构关系

在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形截面钢管混凝土柱力学性能的有效方法。在已有文献对带约束拉杆方形、矩形、L形、T形、十形截面钢管混凝土短柱轴压试验研究成果的基础上,通过合理假定,将L形、T形和十形钢管混凝土截面分别划分成一个无拉杆的方形和若干个有拉杆的矩形钢管混凝土区域,借鉴约束混凝土本构模型,分别建立力学表达格式统一的带约束拉杆方形和矩形截面、以及带约束拉杆L形、T形、十形截面各区域的钢管内核心混凝土等效单轴本构关系。采用所建立的本构关系对相关试验的试件进行了荷载-应变全过程分析,计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在现有一般方形钢管混凝土轴压短柱承载力的主要计算方法的基础上,利用前期对在带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系的研究基础上推导出的带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算公式,结合实际工程应用的需要进行简化。分别应用该公式、EC4(1996)规范及我国军用标准GJB(2000)的相关公式对带约束拉杆和不带约束拉杆的方形钢管混凝土轴压短柱试件极限承载力进行计算。计算值与试验值对比表明:对一般方形钢管混凝土轴压短柱试件,三者计算结果比较接近,均能较好反映试件的真实承载力;对设置了约束拉杆的试件,该公式由于考虑了拉杆的约束作用,给出的计算结果更为合理,EC4(1996)及GJB(2000)给出结果的均值与试验值接近,但离散性偏大。     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

方形钢管混凝土中核心混凝土的本构关系

鉴于钢管对方形钢管混凝土柱约束作用所呈现不均匀的特点,采用体积的核心混凝土强、弱约束区划分方法,建立了适用于普通方形钢管混凝土和带约束拉杆方形钢管混凝土中核心混凝土本构关系,用大型通用软件ANSYS对短柱试件的轴压试验进行了模拟,有限元结果与试验结果吻合良好。     

内埋空间钢构架方形钢管混凝土组合短柱--偏心受压性能有限元分析

为了改善方形钢管混凝土柱的受压性能,在方形钢管混凝土柱中内埋空间钢构架形成空间钢构架-方形钢管混凝土组合柱。这种新型的组合柱具有空间钢构架约束核心混凝土和方形钢管约束空间钢构架外混凝土的双重约束作用,能够有效地改善这种新型组合柱的受压性能和变形能力。为了进一步研究这种新型组合短柱的偏心受压性能,在试验的基础上,本文采用了ABAQUS有限元分析软件,建立了该组合短柱的有限元模型。在验证了模型的准确性后,以方钢管的套箍指标、空间钢构架的约束影响系数、偏心距为参数,对该组合短柱模拟分析。结果表明:方钢管的套箍指标是影响该组合短柱承载力的重要参数。且该组合短柱在大偏心受压时参数的改变对承载力的影响更大。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱偏压性能的试验研究

对7个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱进行偏心受压试验研究,主要研究偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响。试验研究结果表明,在偏心压力作用下,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲。带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小。在相同偏心率下,试件延性随拉杆水平间距减小而增大。     

劲化方形截面钢管混凝土短柱轴压试验研究

采用劲化方形截面钢管混凝土柱可以有效地提高柱钢管壁的侧向刚度,增强其抵抗局部屈曲的能力和改善对核心混凝土的约束作用。通过普通方形截面钢管混凝土柱和劲化方形截面钢管混凝土短柱的轴压试验,对柱的轴压破坏形态、轴力-变形特征、钢管应变等进行了分析。结果表明：劲化带的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,明显提高了方形截面钢管混凝土柱的轴压承载力和变形能力。根据劲化方形截面钢管混凝土短柱的受力分析,提出了轴压承载力计算式,计算结果和试验结果吻合良好。     

预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能试验研究

预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱是充分利用钢管混凝土叠合柱和预应力钢带约束柱的优点所开发出来的具有良好抗震性能的新型组合柱,为探究钢管约束内部混凝土和预应力钢带约束外部混凝土对柱抗震性能的改善规律,开展4个预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱试件和2个未采用预应力钢带约束的普通钢管混凝土叠合柱试件的拟静力试验,研究预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱在低周反复荷载作用下的破坏机理、破坏形态、滞回性能、位移延性、骨架曲线、耗能性能、刚度退化以及钢带应变变化等受力性能,分析了钢带间距、箍筋布置对预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能的影响规律。研究结果表明:预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱具有良好的延性、变形能力和耗能性能,相对普通钢筋混凝土柱和普通钢管混凝土叠合柱具有更加良好的抗震性能。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压性能的试验

针对约束拉杆对矩形钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,对8个轴压试件进行试验,其中1个不设约束拉杆,7个设置约束拉杆。试验主要参数为约束拉杆直径和间距,钢管宽厚比,截面长宽比。试验结果表明:相对于方形截面试件,矩形截面试件设置约束拉杆后,在轴向压力作用下,试件的承载力提高幅度不明显,但对应于峰值荷载的竖向应变值随约束拉杆的加强相应增大,试件的塑性变形能力增大,延性提高。利用国内已有文献中关于矩形钢管混凝土承载力计算方法及EC4(1996)关于方形钢管混凝土计算方法,对带约束拉杆矩形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,发现计算结果比试验值偏低,计算方法偏于保守。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数,进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等,并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力;带约束拉杆试件的极限位移角在1/19~1/50之间,位移延性系数在3.28~6.25之间;破坏时的等效黏滞阻尼系数在0.3以上;增加轴压比降低了试件的延性;减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能;保持截面宽度不变,增加截面长宽比,可提高试件承载力,但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。