圆钢管高强再生混凝土柱抗震性能试验

设计并制作4根钢管高强再生混凝土圆柱,考虑再生粗骨料取代率单参数,对其进行拟静力试验,观察它们在试验过程中的受力和破坏形式;研究不同再生粗骨料取代率对试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力和延性、耗能性能、刚度退化等抗震性能的影响.结果表明:圆钢管高强再生混凝土柱的受力和变形与普通圆钢管高强混凝土柱的基本相同,滞回曲线普遍饱满,没有出现捏拢现象;再生骨料取代率对试件初始刚度略有降低,对试件的耗能、承载力以及后期的刚度退化影响不大;对比普通圆钢管高强混凝土柱,圆钢管高强再生混凝土柱的延性系数较大,具备良好的抗震性能.     

圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.     

钢管再生混凝土柱轴压性能及承载力计算

为揭示圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,基于试验实测数据,采用ABAQUS有限元软件对试验试件的受力全过程进行了数值模拟,并证实了数值模拟方法的可行性,在此基础上,通过增设30个数值计算模型,全面考察了含钢率、长细比及截面积等变化参数对钢管再生混凝土轴压柱受力性能的影响。结果表明:长细比的增长将显著削弱其极限承载力,而含钢率的增长将显著提高其延性和耗能能力;增大截面积将有利于承载力的提高,但提高幅度不明显;依据现行规范公式计算所得的极限荷载值较试验值和模拟值的小,计算结果偏于保守。将再生粗骨料取代率引入规范公式予以修正,所得计算模型对钢管再生混凝土轴压构件的设计计算具有参考价值。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱承载力试验研究

参照普通混凝土配合比设计方法,按照再生粗骨料掺入量0、25%、50%、75%和100%制作了长径比为4.0、径厚比为20.75的共五组15个试件,进行轴心受压试验,研究不同再生粗骨料取代率对圆钢管再生混凝土短柱承载能力的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱的轴压破坏形态与钢管普通混凝土柱相似,钢管再生混凝土柱的实测弹性极限荷载比钢管普通混凝土柱低,且随再生粗骨料取代率的增加而降低,和再生粗骨料取代率成反比关系。在掺入量合适的情况下,圆钢管再生混凝土柱应用实际是可行的。     

火灾后方钢管再生混凝土轴压有限元分析

在确定了火灾后钢管与再生混凝土的本构关系、单元类型及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了火灾后钢管再生混凝土轴压构件的ABAQUS有限元模型.利用有限元模型计算结果,对比了不同温度和不同取代率下的方钢管再生混凝土轴压短柱的载荷-应变关系曲线.结果表明,随着温度的升高,钢管再生混凝土的极限承载力整体上呈下降趋势,极限承载力随着再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低.     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

为研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,开展了10个圆钢管再生混凝土柱试件的拟静力试验.观察试件的破坏形态,获取滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标.在试验研究的基础上,结合课题组给出的不同取代率下核心再生混凝土的受压本构关系,采用有限元软件ABAQUS对试件的抗震性能进行分析.研究结果表明:试件的破坏形态与普通圆钢管混凝土柱相似,圆钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎;试验实测的滞回曲线饱满,骨架曲线完整,计算得到的滞回曲线和骨架曲线与其吻合较好,采用本文所建立的ABAQUS有限元模型对圆RACFST柱进行抗震性能分析是可行的.     

不同参数变化对方钢管再生混凝土柱抗震性能的影响

目的研究方钢管再生混凝土柱在不同参数变化下的结构抗震性能.方法通过模拟计算结果与相关试验结果的比较,检验所建立的有限元模型的正确性.利用所建立的有限元模型以再生骨料取代率、截面含钢率、轴压比、长细比为参数进行有限元模拟分析.结果随着再生混凝土取代率的增加,试件的水平承载力和塑性变形能力稍有降低;随着截面含钢率的增加,试件的水平承载能力和塑性变形能力提高;随着轴压比的增加,试件的水平承载力提高,但塑性变形能力有所降低;随着长细比增加,试件的水平承载能力和塑性变形能力均有所降低.结论钢管再生混凝土柱具有良好的滞回性能,需将构件的含钢率、轴压比、长细比控制在合理范围内,构件才能达到最佳性能.     

约束空心混凝土柱抗侧向冲击动力性能

为研究约束空心混凝土柱的抗侧向冲击动力性能,构建20组内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱的数值模型,并采用有限元法对其进行冲击受力过程的数值模拟分析.依据模拟结果对比不同构件的破坏模式,研究钢管强度、混凝土强度、空心率、含钢率和冲击位置对构件冲击力和挠度的影响.研究结果表明:内配圆钢管的方钢管空心混凝土柱产生整体弯曲破坏和局部冲切破坏,大部分钢管混凝土构件产生弯曲破坏,产生局部冲切变形是由于冲击位置刚度不足导致;增大方钢管钢材强度、厚度和降低钢管混凝土空心率,均能够有效提高柱抗侧向冲击动力性能,而改变圆钢管钢材强度、厚度以及柱中混凝土强度对构件抗侧向刚度影响作用基本可以忽略;随着冲击点与支座距离的缩短,构件的变形减少,但对冲击力平台值影响较小.     

矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能

通过6个试件的轴心受压试验,考察了再生粗骨料取代率和截面长宽比对矩形钢管再生混凝土短柱的破坏形态、荷载-变形曲线及承载力等力学特性的影响.结果表明:随再生粗骨料取代率的增大,矩形钢管再生混凝土短柱的轴压承载力和组合弹性模量及相对承载力系数减小,而后期承载力系数增大;截面高宽比对试件相对承载力系数变化规律的影响很小,而截面高宽比越大试件的后期承载力系数越小.在选用合理的材料本构关系模型的基础上,建立有限元模型对矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能进行了模拟,总体上有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

不同取代率方钢管再生混凝土柱抗震性能的研究

通过有限元软件的非线性分析,试图探究方钢管再生混凝土柱的各方面性质。同时发现再生混凝土的取代率这一指标对其产生一定的影响。本文就对抗震性能这一主要性能进行研究。使用ABAQUS软件进行模拟,钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型。采用一端固定约束,一端固定转角的形式来模拟实际柱体。并且,对于荷载采用水平和竖向同时加载的方式来实现。整理有限元模拟分析得到的结果与既有试验结果相似。方钢管再生混凝土柱的滞回曲线比较饱满,耗能能力较好。并提出简化的方钢管再生混凝土柱骨架曲线,以方钢管普通混凝土柱的骨架曲线特征值为依据,推导出方钢管再生混凝土柱骨架曲线的一般公式。抗震性能方面,方钢管普通混凝土柱好于方钢管再生混凝土柱。当再生混凝土取代率降低时,构件具有更好的抗震能力。     

横向撞击荷载作用下中空夹层钢管混凝土构件的受力性能分析

利用ABAQUS软件建立中空夹层钢管混凝土构件在横向撞击作用下的有限元模型,其中考虑了钢管与落锤及混凝土之间的接触关系,并合理选取了内外层钢管和混凝土在动力加载下的材料模型.采用典型试件的试验数据对所建立的有限元模型的精度进行验证.在模型验证合理的基础上,对影响中空夹层钢管混凝土构件在横向撞击下的力学性能的主要因素进行参数分析.参数分析结果表明,空心率对构件的冲击力峰值有显著的影响,且随着空心率的增大,构件受撞击部位的局部变形增大;轴压比对该构件的冲击力平台值和变形发展有较大的影响;在相同空心率的情况下,截面形式为外圆内方的构件耐撞性能优于双层圆钢管的中空夹层钢管混凝土构件.     

再生混凝土梁抗弯性能试验

以再生骨料的取代率为试验参数,对1组普通混凝土梁和4组不同取代率的再生混凝土梁进行对比试验.研究在相同水灰比条件下,再生粗骨料混凝土梁和普通混凝土梁抗弯性能的差异和共同点,以及不同取代率的再生混凝土梁抗弯性能的差异.重点分析再生混凝土梁的平截面假定的适用性,承载能力、抗裂性能和抗弯刚度的差异.结果表明再生混凝土的立方体抗压强度和普通混凝土的立方体抗压强度相差不明显;再生混凝土梁极限受弯承载力小于普通混凝土梁的极限受弯承载力,取代率对再生混凝土梁的受弯极限承载力没有明显的影响;再生混凝土梁的抗弯刚度小于普通混凝土梁;再生混凝土抗裂性能比普通混凝土差.     

矩形钢管混凝土构件纯扭力学性能及设计研究

建立矩形钢管混凝土受扭构件的有限元模型,利用现有试验数据验证了该有限元模型的正确性.利用该模型分析矩形钢管混凝土构件的荷载分配比例、组合效应对钢管和混凝土力学性能的影响规律,以及截面高宽比对矩形钢管混凝土构件刚度、承载力和混凝土抗剪强度的影响规律.基于塑形力学原理和机理分析,提出矩形钢管混凝土构件抗扭承载力的简化设计公式.该公式和现有计算公式的精度得到了81个典型有限元算例和现有试验数据的验证.     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

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.     

圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙抗震性能

提出了圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙结构.该新型剪力墙包含2种组合:不同受力体系(钢管混凝土、钢桁架与剪力墙)组合和不同材料(型钢与混凝土)组合,形成了多重组合剪力墙.进行了3个1/5缩尺中高剪力墙的低周反复荷载试验.在试验研究基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好.研究表明:圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%～8.4%,约束效应系数在1.2～1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。     

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.     

混凝土强度对GFRP管-混凝土-钢管组合柱性能的影响

为研究轴心受压下混凝土强度对GFRP管-混凝土-钢管组合柱的力学性能的影响规律,运用静力试验方法考察了4个构件在C30和C40混凝土强度下的受压能力,并验证了Ansys软件所建的模型的正确性.建立3种混凝土强度的有限元模型,对9个构件进行有限元分析.结果表明,随着混凝土强度等级的提高,试件的极限位移和延性都明显增强,极限承载力显著提高.