圆端形椭圆钢管约束混凝土本构关系等效方法和轴压性能研究

目前国内外对圆端形椭圆钢管混凝土柱的受力性能研究尚不系统,缺乏合理的圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型。为了解决核心混凝土本构关系问题,文章提出一种计算圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系的简化等效方法,用试验结果验证了该方法的可行性和准确性。采用ABAQUS有限元程序建立了圆端形椭圆钢管混凝土轴压短柱的数值分析模型,研究了诸多参数对圆端形椭圆钢管混凝土轴压承载力的影响,揭示了圆端形椭圆钢管混凝土短柱的破坏模式和受力机理。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土短柱在轴压作用下的破坏模式主要包括中部鼓曲破坏、端部鼓曲破坏和多带鼓曲破坏;其轴压受力特征均与约束效应系数有关;圆端形椭圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力随混凝土强度、钢材强度及截面尺寸的增大而增大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土柱理论研究和工程应用提供参考。     

圆端形钢管混凝土轴压短柱的机理分析

基于有限元软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析.分析表明:圆端形钢管对核心混凝土的约束效果介于圆钢管和矩形钢管之间;钢管对核心混凝土的约束作用主要分布于圆弧段;圆端形钢管混凝土柱的承载力、峰值应变和延性均介于圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱之间;圆端形钢管混凝土构件承载力和延性随着钢管强度、含钢率、加劲肋厚度和加劲肋数量的提高而提高;随着混凝土强度的提高,其承载力提高但延性下降.     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

进行了6个带约束拉杆和1个不设约束拉杆L形钢管混凝土短柱的轴心受压试验,分析了钢管壁厚度、约束拉杆直径和间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的影响.试验研究表明,在轴心压力作用下,设置了的L形钢管混凝土短柱的极限承载力有所提高,拉杆的设置能改善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局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使L形钢管混凝土轴压短柱的延性有较大幅度的提高.     

圆端形钢管混凝土短柱偏压性能和破坏机理分析

文章通过ABAQUS有限元软件建立了圆端形钢管混凝土偏压短柱的数值分析模型,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。基于圆端形钢管核心混凝土等效本构模型,研究了偏心距、混凝土强度等诸多参数对圆端形钢管混凝土柱偏压性能的影响,揭示了其破坏模式;基于数值分析结果拟合出了圆端形钢管混凝土轴压力-弯矩相关曲线。研究结果表明,圆端形钢管混凝土短柱在偏压作用下的破坏模式主要表现为局部凹陷与两端鼓曲破坏和偏压转角过大破坏。在一定的偏心距范围内,圆端形钢管混凝土短柱的偏压轴向压力和最大弯矩随截面面积、钢材强度及混凝土强度的增大而增大,随偏心距和径厚比的增大而减小。研究结果可为建立圆端形钢管混凝土短柱设计理论提供参考。     

CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究

为了了解CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的静力性能，对8根CFRP钢管混凝土核心轴压短柱和用于对比的4根钢管混凝土核心轴压短柱进行静力试验，分析此类构件的载荷—纵向应变关系，并初步探讨约束效应系数对此类构件承载力的影响。研究结果表明，由于CFRP的存在，试件在屈服之后，承载力并不马上下降，而变形却经历一段持续增长：在其他条件相同的情况下。ξcf或ξs越大，CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的承载力越大，且承载力的增长与ξcf或ξs的增加基本呈线性关系，但约束效应系数的增加对提高CFRP钢管混凝土核心轴压短样承载力的效果并不显著。     

圆端形钢管混凝土双向偏压柱的力学性能研究

在合理确定钢和混凝土本构模型基础上,运用有限元数值分析软件ABAQUS模拟典型圆端形钢管混凝土双向偏压柱的荷载-变形曲线,开展工作机理分析. 分析结果显示： 在双向偏压荷载作用下,圆端形钢管混凝土柱能表现出较高的极限承载力和延性;钢管对核心混凝土可起到有效约束作用,圆弧段钢管对混凝土的约束效应高于平直段钢管. 典型算例表明,圆端形钢管混凝土双向偏压柱的M_x/M_ux-M_y/M_uy相关曲线呈四分之一椭圆形. 最后提出该类双向偏压柱承载力的简化计算式,与有限元模拟结果对比,简化计算结果偏于保守.     

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.     

T形钢管混凝土短柱轴压试验

进行了6根普通构造T形钢管混凝土轴压短柱的试验研究,以考察无加劲措施T形钢管混凝土柱的变形特征、破坏模式和承载能力.试验的主要参数有管壁宽厚比、截面高宽比.试验结果表明,由于T形钢管混凝土柱的核心混凝土延缓了钢管的局部屈曲,尽管该组合构件承载力不能得到有效提高,但延性却得到相当改善;阳角钢管对混凝土提供了较强的约束,而由于钢板与混凝土的分离,阴角钢管几乎不能约束混凝土;T形钢管混凝土柱的破坏形态主要为钢管鼓曲及此部位及阴角区域混凝土压碎破坏;管壁宽厚比越小,初始鼓曲发生越晚,钢管对混凝土的约束效应越强,承载力越高、延性越好.最后采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行了计算,并对不同计算方法的适用性进行了探讨.     

圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力分析

针对钢管混凝土短柱轴压状态,考虑屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,采用厚壁圆筒理论和双剪统一强度理论,对钢管进行极限承载力分析;对混凝土采用Drucker-Prager屈服理论进行钢管约束下的承载力的计算分析,两者叠加得到钢管混凝土的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供了一种新的方法.     

钢管混凝土悬臂短柱试验研究

对 4组共 13根钢管混凝土悬臂短柱进行了试验 .试验参数包括轴压比、含钢率和混凝土强度 .对试验结果进行的分析表明 ,轴压比对钢管混凝土弯压构件受力性能的影响最为显著 .钢管对核心混凝土的紧箍力作用随轴压比的减小而减弱 .最后对试验过程钢管应变达到某些特定值时所对应的荷载与最大荷载进行了分析     

自应力钢管混凝土中核心混凝土单轴本构关系

普通钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系不能满足自应力钢管混凝土轴压短柱的计算需要.在已有试验的基础上,补做了12根自应力钢管混凝土短柱轴压试验.首先测量了自应力钢管混凝土短柱在限制条件下的膨胀性能;然后对其进行了轴压承载力试验.通过对37根自应力钢管混凝土短柱轴压试验结果进行分解分析,提出一种适用于自应力钢管混凝土短柱轴压计算的等效单轴本构模型,与传统的混凝土本构关系相比,这个本构关系考虑了自应力水平和套箍系数对核心混凝土的影响,并且具有计算简单、方便的特点.     

核心高强钢管混凝土组合柱轴压承载力计算新方法

在分析核心钢管混凝土组合柱受力机理的基础上,针对核心钢管混凝土组合柱管内混凝土与管外混凝土约束效应的不同,同时考虑圆形截面和方形截面对钢管外混凝土的影响,提出了一种核心钢管混凝土组合柱轴压承载力计算的新方法.应用该方法对16根核心钢管混凝土组合柱试件的轴压承载力进行计算,并与现有方法进行比较,结果表明:所提出的方法优于现有方法,其计算结果与试验结果吻合良好,能较为合理地评估核心钢管混凝土组合柱的轴压承载力.     

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.     

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.     

圆钢管混凝土轴压短柱对比试验研究

为了综合比较各类圆钢管混凝土的轴压力学性能,共设计了4种截面形式的圆钢管混凝土短柱试件,包括圆实心钢管混凝土(圆实心)、内外钢管均为圆形的中空夹层钢管混凝土(圆套圆中空夹层)、外圆内方的中空夹层钢管混凝土(圆套方中空夹层)、内外钢管均为圆形的复式钢管混凝土(圆套圆复式),对其轴压力学性能进行了对比试验研究。结果表明:复式钢管混凝土的力学性能最优,具有较高的承载力和轴压刚度;圆套方中空夹层钢管混凝土短柱的力学性能与实心钢管混凝土短柱接近,而圆套圆中空夹层钢管混凝土短柱的后期延性要稍差一些;实心钢管混凝土短柱和复式钢管混凝土短柱外钢管横向应变的发展要快于中空夹层钢管混凝土短柱;外钢管对中空夹层钢管混凝土短柱中夹层混凝土的约束作用要比对实心钢管混凝土短柱中的核心混凝土弱,内管截面形式对夹层混凝土所受约束效应程度的影响不大。最后,利用ABAQUS软件对4类圆钢管混凝土轴压短柱的轴力-应变曲线进行模拟,计算结果与试验结果接近。     

T形钢管混凝土柱轴心受压稳定承载性能研究

基于9根T形钢管混凝土中长柱的单向、双向偏心受压试验的结果,建立了T形钢管混凝土柱用于纤维模型程序分析其承载力的本构模型.在验证纤维模型程序合理性的基础上,对T形钢管混凝土柱轴压稳定性能进行了参数研究.研究参数包括:钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、长细比以及加载角度.理论结果表明:长细比是影响T形钢管混凝土柱轴压稳定承载力的主要因素,混凝土工作承担系数和加载角度也对钢管混凝土柱的承载力有一定影响.纤维模型计算的柱子曲线与钢结构规范的a,b,c,d类曲线之间的比较表明:不同参数截面的T形钢管混凝土柱的柱子曲线会在一个较宽带宽范围内变化.最后,在大量参数分析基础上,考虑长细比和混凝土工作承担系数的影响,提出了T形钢管混凝土轴压柱的稳定承载力系数的实用计算方法.理论公式计算结果与已有试验结果吻合良好,可为工程设计提供理论参考.     

钢骨-圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

为研究钢骨-圆管混凝土轴压短柱的相互作用关系,建立钢骨-圆管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式,采用三维有限元法和弹塑性法对钢骨-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行分析。采用有限元法分析钢骨-钢管混凝土轴压短柱和钢管混凝土轴压短柱的钢管纵向应力与横向应力、核心混凝土的纵向应力以及钢骨纵向应力的变化。基于极限平衡理论建立钢骨-圆管混凝土轴压短柱承载力计算公式。研究结果表明:由于钢骨对核心混凝土的约束,钢骨屈服后纵向应力略低于其屈服强度;与钢管混凝土相比,由于同时受钢管和型钢的约束,钢骨-钢管混凝土中核心混凝土纵向应力有所增大,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减小,钢管减少了对核心混凝土的约束作用;短柱承载力公式计算结果与有限元计算结果相近,且与试验结果相比,这2种计算结果都偏于安全。     

钢管再生混凝土轴压短柱力学性能初探

通过对8个钢管再生混凝土轴压短柱以及2个钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较了钢管再生 混凝土与钢管混凝土的荷载-变形关系曲线和强度承载力关系．采用数值方法计算了构件的荷载-变形曲 线,计算结果与试验结果吻合良好．采用有关设计规程对钢管再生混凝土的强度承载力进行计算,分析了 各规程在计算钢管再生混凝土轴压强度承载力时的适用性．     

内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱轴压承载力计算

空间钢构架对核心混凝土以及方形钢管对空间钢构架外混凝土具有约束作用,这种双重约束作用可以有效地提高内埋空间钢构架钢管混凝土组合柱的承载力和变形性能,为了进一步探索内埋空间钢构架方形钢管混凝土组合短柱的轴压承载力的计算方法,在试验研究和有限元模拟分析的基础上,分析了内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱的混凝土约束机理。在此基础上,提出了两种不同计算模型的内埋空间钢构架方形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,分析表明,公式计算值与试验值吻合较好,可以用来计算这种新型组合柱的轴压承载力,为这种组合柱的推广应用提供了技术依据。     

方钢管混凝土柱的抗震性能分析

方钢管混凝土柱的抗震性能与钢管的局部屈曲有关,柱端设置约束拉杆可以提高钢管的局部稳定,从而增强方形钢管混凝土柱抗震性能．采用三维有限元法,分析方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力一位移关系,有限元分析的结果得到试验结果验证．利用有限元模型分析轴压比、钢板宽厚比,以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响．完成柱端设置约束拉杆的方形钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下三维有限元分析,与试验结果相比较并作分析．