高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能研究

为揭示高温喷水冷却后钢管高强混凝土的轴压性能,以历经温度、冷却方式、恒温时长和混凝土强度等级为变化参数,设计了20个钢管高强混凝土短柱试件,进行高温喷水冷却后的静力单调轴心受压试验.观察高温喷水冷却后试件及试块的表观变化和破坏形态,分析各变化参数对高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能的影响规律,给出了极限承载力计算公式.研究结果表明:随着历经温度的升高,钢管试件表观由浅褐色转变为黑色,试块由青色转变为灰白色;钢管试件极限承载力先升高后降低,而试块承载力逐步降低;钢管试件的力学性能指标随恒温时长的增加呈波动式增长的变化趋势;喷水冷却可以提高试件的力学性能;混凝土强度等级越高的试件力学性能指标表现越好;基于中国规范提出的高温喷水冷却后钢管高强混凝土柱轴压极限承载力计算公式有较好的适用性.     

冷却方式对高温后方钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响

以再生骨料取代率、经历最高温度、冷却方式为参数,设计37根高温后方钢管再生混凝土短柱进行轴压试验,探讨不同冷却方式下试件破坏形态、剩余承载力和轴压刚度的变化规律和剩余承载力计算方法.结果表明:所有试件发生钢管撕裂和钢管鼓曲斜压破坏两种形式;试件荷载-位移曲线变化趋势相似,依次受再生骨料取代率、冷却方式、经历最高温度的影响差异越明显;无论是哪种冷却方式,试件剩余承载力和初始刚度随着经历最高温度的增加而出现波动式的降低趋势,受再生骨料取代率的波动影响不显著;与自然冷却相比,喷水冷却后试件剩余承载力和初始刚度降低,最大降幅可达82. 3%和50. 9%;最后提出能够考虑再生骨料取代率、经历温度和冷却方式影响的剩余承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

高温后方钢管高强混凝土轴压短柱试验研究

为了研究高温后方钢管高强混凝土短柱的受力性能,以温度及混凝土强度为变化参数,设计了15个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和破坏形态,分析了其荷载—轴向位移曲线,研究了各个参数对高温后方钢管高强混凝土短柱的力学性能的影响,并探讨了引入材料强度折减系数后已有规范对构件承载力计算的可行性。研究结果表明:高温后方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式为剪切破坏和腰鼓破坏两种,温度低时倾向于发生剪切破坏,温度较高时易发生腰鼓破坏;温度在400℃以下时试件的承载力和轴压刚度变化不大,超过400℃时承载力和轴压刚度迅速降低,温度从常温升至200℃、400℃、600℃、800℃时,试件承载力分别为常温试件的101%、105%、76%、54%,其轴压刚度分别为常温试件的97%、96%、62%、51%;极限承载力随混凝土强度等级的提高而增大,混凝土等级从C60提高至C70及C80时,平均极限承载力分别提高7%和12%。延性系数随温度的升高经历先减小后增大的变化过程,温度为400℃时延性系为常温试件的92%,800℃时为123%,混凝土强度对试件的延性系数影响并无明显规律。引入折减系数后我国规程DBJ 13-51-2003及日本规程AIJ(1997)的计算值与试验值吻合较好。     

带槽口缺陷的圆钢管短柱轴压性能试验

本文对带有在圆钢管切割工艺中所产生的槽口缺陷的圆钢管短柱进行了系列力学性能试验研究。通过对144根圆钢管短柱进行筛选,挑选出合计51根带槽口缺陷的圆钢管短柱,并对该51根带槽口缺陷的圆钢管短柱试件进行轴压性能试验研究。分析了槽口缺陷类型、槽口缺陷高度以及钢管壁厚对试件破坏模式、初始刚度、延性和轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线、初始刚度-槽口缺陷高度曲线、延性系数-槽口缺陷高度曲线、荷载-应变强度曲线以及极限承载力-槽口高度曲线。研究结果表明：对于带槽口缺陷的圆钢管短柱,管壁较厚的圆钢管短柱在槽口缺陷处只会产生凸起屈曲,而管壁较薄的圆钢管短柱在槽口缺陷处会有凸起屈曲和凹陷屈曲两种破坏模式。槽口缺陷会小概率使得圆钢管短柱有更明显的屈服平台,形成双峰曲线;槽口缺陷的存在会普遍减小圆钢管短柱的初始刚度和延性系数;槽口缺陷高度在0.5倍的壁厚范围内对初始刚度、延性系数和极限承载力的影响微乎其微;钢管管壁越薄,缺陷对极限承载力的影响愈加显著,其极限承载力下降幅值更大。最后,本文提出槽口缺陷影响系数并给出了考虑槽口缺陷的圆钢管短柱极限承载力计算公式。     

带圆钢管劲性高强混凝土轴压短柱试验研究

介绍了包括带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱、钢管高强混凝土短柱以及普通高强混凝土短柱在内共13个试件的轴心受压试验,主要研究了带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的破坏特征、延性和极限承载力.研究结果表明,核心圆钢管的存在,改善了高强混凝土短柱的轴压性能;短柱中的混凝土与钢管能够共同工作直到破坏,其极限强度可以用叠加原理计算.     

冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究

为研究冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的影响,本试验以冻融循环次数为参数对冻融循环作用后方钢管混凝土短柱的力学性能进行了研究。试验得到了冻融循环作用下方钢管混凝土短柱的受压破坏模式,荷载—位移曲线以及荷载—应变曲线,并分析了冻融循环次数对方钢管混凝土短柱极限承载力,位移延性以及初始刚度的影响。根据试验现象,将破坏模式分为2种。研究表明:方钢管混凝土短柱的力学性能如极限承载力,位移延性以及初始刚度受冻融循环作用影响重大。具体表现为试件的极限承载力随冻融次数增加而逐渐下降,且冻融循环次数越大,极限承载力下降幅度愈明显;对于试件的初始刚度,其随着冻融循环次数的增加而减小;另外,冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的延性系数影响较大,表现为随冻融循环次数的增加,延性系数随之增加。     

不同冷却方式下四面受火钢筋混凝土柱的力学性能

对四面受火钢筋混凝土柱在经历不同加热温度(250℃,450℃,650℃)、不同冷却方式(喷水与自然冷却)情况下的力学性能进行了试验研究,分析了高温后冷却方式对钢筋混凝土柱耐火极限和承载力的影响.结果表明,受热温度和冷却方式对高温后钢筋混凝土柱的极限承载力有较大影响.随着温度的升高,钢筋混凝土柱的承栽力逐渐降低,且不同的冷却方式对其承载力均有影响,与自冷柱相比,喷水冷却加剧了钢筋混凝土柱正截面承载能力的退化.     

局部锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

钢管混凝土(CFST)在服役环境中被腐蚀,导致其钢结构承载力降低,严重威胁到结构的服役性能和使用寿命。首先,采用机加工车铣方法制作模拟局部锈蚀的人工缺陷,然后以钢管外表面局部环向贯通锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、锈蚀外表面面积损失率(简称锈蚀面积损失率,下同)为试验参数,对45根局部锈蚀圆CFST短柱试件进行轴压承载力试验;其次,分析锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、面积损失率和壁厚损失率对锈蚀试件承载力、刚度和延性的影响,揭示锈蚀CFST试件破坏机理和承载力退化机制;最后,针对局部锈蚀圆CFST短柱构件轴压承载力提出一个简化实用计算公式。研究结果表明：各试件具有类似的破坏特征,主要呈明显的腰鼓状破坏,且发生在锈蚀区;随着锈蚀钢管体积损失率增大,锈蚀CFST柱的承载力、刚度和延性均出现不同程度的降低;在锈蚀钢管体积损失率和面积损失率相同的情况下,就局部锈蚀位置影响而言,中部影响最大;就锈蚀程度表征参数影响而言,锈蚀钢管体积损失率影响最大,面积损失率次之,壁厚损失率最小;本文提出的简化实用公式可为圆钢管混凝土构件全寿命设计提供参考依据。     

多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能分析

为了研究多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能,设计了一种多腔钢管再生混凝土叠合短柱,应用ABAQUS对多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴向压力下的破坏模态、荷载位移曲线、受力过程、相互作用和轴压性能退化等性能进行了研究.结果表明:在轴压荷载下,多腔钢管再生混凝土叠合短柱弹性范围较长,极限承载力高,延性和刚度较好.受力过程中,多腔钢管再生混凝土叠合短柱的钢筋再生混凝土部分和钢管再生混凝土部分受力协同,钢管与核心再生混凝土之间的接触应力和钢管与外部钢筋再生混凝土之间的接触应力均集中在四个边角处和短边处,长边处的接触应力不明显.多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴压荷载作用下,能保持较好的延性、耗能能力和刚度.     

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.     

高温后钢管超高强石渣混凝土短柱的轴压性能

低碳超高强石渣混凝土是作者利用本地原材料以低至350 kg.m-3的水泥消耗量自主研发的新型环境友好型混凝土.本文以试件的直径、径厚比、混凝土强度等级、混凝土类型和温度为试验参数进行了12根试件的轴心受压试验,考察了高温后钢管超高强石渣混凝土短柱在轴心受压时的破坏形态,研究高温后钢管超高强石渣混凝土短柱的力学性能和剩余承载力.试验结果表明:在试验参数范围内,高温后试件的荷载-平均应变关系曲线与常温下的曲线相似,都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、承载力下降段和承载力回升段等4个阶段;但高温后的曲线的弹性变形阶段明显缩短,弹性极限荷载与极限荷载的比值减小,刚度明显蜕化;峰值应变增大,而最大压缩应变明显减小;高温后钢管超高强石渣混凝土的剩余承载力系数比钢管聚丙烯纤维超高强石渣混凝土的大,而高温后这两者的剩余承载力系数均比钢管混凝土的高,并分析了其机理.     

方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能,按1:3缩尺比例设计并制作了六个节点试件,进行了低周期往复荷载破坏试验。节点试件的加腋坡度及梁高差比是试验研究的主要参数。通过试验研究各参数对节点试件的破坏特点、抗剪承载力、滞回特性、延性及耗能能力、承载力退化与刚度退化等力学性能的影响,得出以下结论:试件破坏是由于节点抗剪承载力不足导致的,但由于加强环板的约束及梁端加腋的存在,破坏出现在下环板与柱端交接处;各试件滞回曲线整体相对饱满;随着节点试件加腋坡度的变缓,其极限承载力提高,延性系数增加,耗能能力增强,刚度退化速率略有加快;当梁高差比由0. 39增加至0. 46时,节点试件反向加载极限承载力提高(以拉为反向加载),当梁高差比由0. 46增加至0. 53时,节点试件反向加载极限承载力降低,且随着梁高差比的增加,节点试件正向加载极限承载力逐渐降低(以推为正向加载),延性系数降低,耗能能力减弱,刚度退化速率变化不大;梁端加腋能有效改善节点核心区受力性能。     

钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的对比试验研究

通过对一根钢管普通混凝土试件和一根钢管再生混凝土试件进行低周反复荷载试验,从破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线分析试件的承载力、延性以及耗能能力。结果表明,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件的破坏模式和受力性能基本相似,在相同的轴压比下,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件一样,均具有良好的承载能力、延性性能以及耗能能力。     

内置方钢管高强再生混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为研究内置方钢管高强再生混凝土柱的轴压性能,使用ABAQUS软件对现有试验的2个试件进行建模分析,验证了模型的准确性,并在可靠的模型基础上进行了13个试件的参数分析,变化参数为方钢管厚度、方钢管强度和长细比。结果表明:所建立的有限元模型出现了与试验结果一致的纵筋屈曲和钢管撕裂变形,荷载–轴向位移曲线高度一致,极限承载力平均误差在5%以内;钢管厚度的提高对轴压承载力和刚度影响不大,钢管屈服强度的提高对轴压承载力和残余承载力提升较大;随着长细比的增大,叠合柱的轴压刚度和极限承载力出现明显退化,拟合了轴压稳定系数与长细比之间的数值计算方法,可供叠合柱设计参考。     

初应力对钢管混凝土哑铃形轴压短柱受力性能影响的试验研究

进行了有初应力的钢管混凝土哑铃形轴压短柱试件的试验研究,分析探讨了初应力对其力学性能的影响及其极限承载力的计算方法.分析结果表明,初应力使弹塑性阶段提前、弹性极限荷载降低,同时峰值极限荷载推迟出现,构件切线刚度降低.但初应力对钢管混凝土哑铃形轴压短柱的峰值极限荷载影响很小,可以采用与无初应力构件相同的方法计算.     

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.     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析

为研究钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能,基于已有试验研究成果,利用OpenSees有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁错层节点进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,两者较吻合。通过数值模拟,分析了轴压比、混凝土强度等级和钢材强度等参数对钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能的影响。结果表明:在轴压比为0.3～0.7范围内,随轴压比增大,结构承载力降低明显;随混凝土强度等级提高,试件极限承载力特征值增大较为明显,最大增幅达9.39%;通过对比发现,合理提高钢材强度可以有效增加结构承载力和延性,当模拟计算Q345钢材时,试件极限承载力增加了26.08%,破坏点位移值增加了8.41%。     

GFRP管约束UHPC柱的伪静力试验

针对特定环境需求下柱的抗震与耐腐蚀能力,提出一种玻璃纤维增强复合材料与超高性能混凝土组合柱;考虑不同轴压比和GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics,玻璃纤维增强塑料)管纤维丝缠绕角度参数,对6个组合柱试件和1个超高性能混凝土(UHPC)对比柱试件开展了水平低周往复加载试验;对试件的滞回曲线、延性系数、强度和刚度退化系数、应变变化规律以及耗能能力进行了研究.研究结果表明:GFRP管能够改善试件破坏形态,提高试件抗震性能;当轴压比一定时,45°缠绕管组合柱的极限水平承载力和等效刚度比80°缠绕管组合柱低,但其延性系数更高,耗能能力更好,GFRP管对混凝土的约束作用也更强;在试验轴压比为0.2,0.3,0.4,轴压比越大,试件的极限水平承载力越低,延性越差,耗能能力下降.     

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证.结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合.在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加.在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏.因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加.经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小.在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏.