工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.     

薄壁圆钢管约束陶粒混凝土短柱轴压性能研究

为了研究薄壁圆钢管约束轻骨料混凝土柱的轴心受压性能,设计制作4根薄壁钢管约束陶粒混凝土短柱试件,以核心陶粒混凝土强度、钢管壁厚为变化参数,通过单调静力加载试验,测试其受力过程及破坏形态、位移、钢管应变,研究陶粒混凝土强度、套箍系数对承载力和变形能力的影响规律.结果表明,径厚比为80和125、套箍系数小于0.5的薄壁钢管...     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

长期荷载作用对内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

利用ABAQUS建立考虑长期荷载作用的内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱数值分析模型.通过与已有试验数据对比,验证建模方法的可行性.在此基础上对该类新型组合柱进行力学性能分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比.最后,分析长期荷载比、混凝土强度、钢管含钢率、型钢含钢率等对长期荷载作用下构件变形和承载力的影响规律.结果表明:长期荷载使组合柱中钢管和型钢提前进入塑性屈服,增大组合柱达到极限承载力时二者与混凝土的接触应力,改善其对混凝土的约束作用,使组合柱极限承载力提高,对应应变增大.参数分析表明:混凝土强度提高增大了长期荷载对组合柱的影响,钢管含钢率和型钢含钢率的增加使长期荷载影响减弱.     

方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为

目的研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为,揭示不同参数对其承载力和峰值挠度的影响规律.方法通过方钢管自密实再生混凝土短柱的偏心受压试验,研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的破坏形态,荷载-挠度关系曲线、承载力和峰值挠度.结果方钢管自密实再生混凝土偏压短柱由于发生侧向挠曲而破坏.方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的荷载-挠度关系曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段.再生粗骨料替代率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力的影响不显著,而对其峰值挠度的影响较显著.偏心率和含钢率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力和峰值挠度有显著影响.结论将自密实再生混凝土应用于方钢管混凝土中是可行的,研究成果可为方钢管自密实再生混凝土短柱的工程应用提供理论依据.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

方钢管混凝土柱累积耗能性能的实验研究

为考察方钢管混凝土柱的累积耗能性能,进行了低周反复荷载作用下六根方钢管混凝土柱的力学性能实验研究,分析了轴压比、含钢率和长细比等参数对方钢管混凝土柱滞回曲线、承载力退化和累积塑性变形率的影响.结果表明:方钢管混凝土柱具有良好的累积耗能能力.随含钢率的增加,钢管混凝土柱的耗能能力提高;而随轴压比和长细比的增大,钢管混凝土柱耗能能力却相应降低.     

钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱的轴压力学性能,完成了10根钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压试验,重点考察高钛矿渣砂取代率对其力学性能的影响。结果表明：高钛矿渣砂取代率对钢管混凝土试件的破坏形态、荷载-位移曲线、应力-应变曲线、应力-横向变形系数曲线规律无明显影响,试件均为剪切破坏模式;随着高钛矿渣砂取代率的增加,钢管混凝土试件的承载力与初始刚度随之增加,在取代率为60%时,均达到最大值;由于核心混凝土强度过高,试件含钢率偏小,钢管对核心混凝土约束效应有限,实测承载力小于规范计算承载力。     

配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱性能研究

通过对12根配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱分别进行轴心受压试验和偏心受压试验,阐述了主要试验现象及破坏形态,对各试件的承载力、荷载-应变曲线、荷载-位移曲线和荷载-挠度曲线进行了细致分析,结果表明:配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱的轴心受压承载力明显低于相同截面尺寸及配筋情况的钢管钢骨再生混凝土柱,说明螺旋箍筋对混凝土的约束作用低于钢管;外围混凝土破坏后,核心区螺旋箍筋芯柱混凝土仍可继续工作,破坏后的混凝土柱仍具有一定的承载能力,在柱核心区配置螺旋箍筋钢筋笼,可提高柱的抗震防倒塌能力;核心区配置螺旋箍筋芯柱可大幅提高柱的偏心受压承载力.     

方钢管混凝土柱钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.     

高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.     

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.     

矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱轴压极限承载力研究

以矩形钢管截面长宽比(1、1.5、2)、含钢率(11%、16%)、陶粒混凝土中膨胀剂掺量(12%、16%)为设计变量,制作了12组(每组2根)矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱试件,进行轴压承载力测试。然后利用试验数据对几种常见的钢管混凝土承载力计算公式进行对比分析,并在统一理论公式的基础上提出了计算矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱轴压承载力的修正公式。试验结果表明,试件的弹性极限可以达到其极限荷载的90%左右,同时试件表现出较明显的套箍效应,其承载力提高系数随截面长宽比的增大而减小,随含钢率的提高而增大,并且膨胀剂掺量为12%时的承载力提高系数较大。修正公式的计算结果与试验结果吻合较好,并且其更适合于工程实际应用。     

钢骨—T形钢管混凝土中长柱轴心受压试验分析

为研究钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压力学性能,对16根长细比为16<λ<43的钢骨—T形钢管混凝土柱进行轴心受压试验,研究试件破坏形态和工作机理,得到试件的荷载—纵向位移曲线、荷载—应变曲线以及荷载—挠度曲线。通过分析套箍指标、配骨指标和长细比等参数对试件轴心受压力学性能的影响,以及对比试件极限承载力的试验值和理论计算值,提出钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压稳定系数计算方法,进而推出极限承载力计算公式。研究结果表明:内置工字型钢骨的T形截面钢管混凝土柱具有较好的延性;钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,改善了核心混凝土的脆性破坏性质,使组合柱的承载力显著提高;所提出的试件极限承载力计算公式可供工程设计参考。     

薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱轴压力学性能

目的研究薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱的受力机理和力学性能,为钢管再生混凝土中长柱轴心受压设计提供理论依据.方法以截面含钢率、再生块体取代率和长细比为试验参数,设计了12根薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱,并对其破坏形式和特征、荷载-跨中挠度曲线、荷载轴向位移曲线以及承载力的敏感影响因素进行深入的研究.结果试验结果表明:当块体取代率由20%增至60%时,试件的极限承载力有一定程度的下降,延性无明显变化;当含钢率由0.038增至0.079时,其后期承载力提高约30%;当长细比由25增至35时,试件的极限承载力有所下降,但下降幅度不明显.结论含钢率能够明显提高试件的极限承载力和延性,再生块体取代率、长细比对承载力和延性的影响较小.     

钢骨钢管混凝土柱偏心受压力学性能试验

设计了不同偏心率、混凝土强度等级、套箍指标和配骨指标的6根钢骨钢管混凝土短柱试件,详细分析了试件在偏心受压下的破坏过程和破坏特征。试验表明：小偏心钢骨钢管混凝土柱的初始破坏是从近偏心受压侧的钢管受压屈服开始,最终破坏是由于混凝土膨胀引起了钢管局部的屈曲所致。钢骨钢管混凝土柱中的钢骨可以有效的阻止混凝土的剪切斜裂缝,从而提高了钢骨钢管混凝土的延性。在钢管纵向没有达到屈服前,钢骨钢管混凝土柱横截面应变分布呈线性分布,满足平截面假定。上下端铰接的小偏心钢骨钢管混凝土柱的侧向挠度曲线接近于正弦曲线,满足标准柱的假定。随混凝土强度的提高,配骨指标和套箍指标的增加,钢骨钢管混凝土柱的竖向承载力极值均有所提高;但随着偏心距的增加,试件的竖向承载力和延性会显著降低。     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

方钢管混凝土的力学性能研究

由于钢管混凝土中钢管对核心混凝土的套箍作用,使混凝土的受力状态由单向受压变为三向受压,从而使混凝土的抗压强度得到了极大提高,塑性性能大为改善.本文阐述了方钢管混凝土轴压短柱极限强度计算方法,及方钢管混凝土纯弯构件、压弯构件的力学性能,并简单列举了方钢管混凝土基本构件承载力设计方法.     

内置大块体矿渣薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验

目的探究内置大块体矿渣钢管混凝土短柱的力学性能,以指导工程实际.方法对12个内置大块体矿渣钢管混凝土短柱进行静力试验;以短柱截面含钢率、大块体矿渣替代率以及核心混凝土强度等级为变量,分析各参数对构件轴压力学性能变化影响的敏感程度,并提出内置大块体矿渣短柱极限承载力计算公式.结果各试件均发生剪切破坏,混凝土强度越高,荷载位移曲线下降段越陡,延性越差.矿渣柱的承载力随着混凝土强度、取代率和含钢率的增加而增大;其中以混凝土强度对承载力的影响最大,含钢率次之,替代率的影响最小,设计时可忽略.结论利用笔者提出的轴压极限承载力计算公式所得结果与试验结果吻合良好,可为工程实际计算提供参考.