圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

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.     

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.     

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.     

圆钢管橡胶混凝土柱轴压性能研究

为了进一步在实际工程中推广应用橡胶混凝土,进行了六根圆钢管橡胶混凝土柱和三根圆钢管普通混凝土柱的轴压性能试验。分析了混凝土强度、橡胶颗粒掺量对钢管混凝土柱轴压性能的影响,并与普通钢管混凝土柱进行了对比。试验结果表明:随着混凝土强度的增加,钢管橡胶混凝土短柱的承载力不断提高,延性逐渐减小;随着橡胶颗粒掺量的增加,钢管橡胶混凝土短柱的承载力不断提高,延性逐渐提高。     

钢骨-钢管混凝土轴压短柱的延性和承载力

为合理分配钢骨-钢管混凝土组合柱的含钢量及充分发挥组合柱的受力性能,采用有限元软件ADINA数值模拟和理论分析的方法分析不同的钢管厚度、钢骨强度和混凝土强度等级对钢骨-钢管混凝土轴压组合短柱的延性性能和承载力的影响.通过分析,对延性约束指标进行了修正,同时基于回归分析建立了组合柱的承载力计算公式.研究结果表明:用ADINA软件模拟组合柱的受力性能是可行的;延性约束指标能够体现出组合柱的延性性能,为合理配置钢管和钢骨的用量提供了参考依据;建立了简洁且与试验数据吻合良好的承载力计算公式.     

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。     

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.     

方钢管-钢骨高强度混凝土组合短柱轴心受压承载力研究

基于极限平衡理论和方钢管-钢骨高强度混凝土组合短柱的工作原理,引入方钢管等效约束折减系数和核心混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束以及混凝土强度等效替换成相应的圆钢管对混凝土的约束以及混凝土强度,对方钢管、核心混凝土与内置钢骨在三向受力的约束效应下的轴压极限承载力进行了分析研究。利用组合短柱的力学平衡方程及屈服条件,推导出了该新型组合短柱在轴心压力作用下的极限承载力理论计算公式,并将该理论公式的计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明：理论计算的极限承载力与试验吻合好,该理论计算公式具有较强的适应性,对此类组合短柱在工程实际中的设计计算具有参考价值。     

方钢管橡胶混凝土短柱的轴压力学性能试验

为了研究钢管橡胶混凝土柱的轴压力学性能,对8个方钢管橡胶混凝土短柱进行轴压试验;探讨橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对其力学性能的影响,给出了方钢管橡胶混凝土轴压承载力计算公式.结果表明:随着橡胶粉体积取代率的增加,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度均有下降的趋势;随着橡胶粉粒径的增大,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度也有所下降;由本文给出的轴压承载力计算公式所得到的计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测方钢管橡胶混凝土的截面强度.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

进行了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的单向偏心受压试验,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,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,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。采用带约束拉杆矩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。同时,利用国内现有规程GJB4142-2000、DBJ13-51-2003以及CECS159:2004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矩形钢管混凝土偏压试件的承载力。     

箍筋约束L形截面柱轴压性能分析

为了研究箍筋约束混凝土L形截面柱的轴心受压性能,进行了7根箍筋约束混凝土柱的轴心受压试验,并采用有限元软件分析了箍筋对L形截面柱的核心混凝土的约束作用,建立了箍筋横向约束应力计算模型．在此基础上通过试验回归分析了箍筋约束混凝土的抗压强度、峰值应变与配箍特征值、箍筋有效约束系数的关系表达式,并建立了箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承栽力计算公式．结果表明约束混凝土的抗压强度及其峰值应变与配箍特征值和箍筋有效系数的乘积呈非线性关系．与试验结果比较,轴心受压承载力计算公式偏于安全,可用于箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承载力的分析．     

内(圆)钢管增强方钢管混凝土偏压柱极限承载力分析数值方法

根据数值积分方法对内（圆）钢管增强的方钢管混凝土偏压弯过程进行了数值模拟,并对其极限承载力进行了计算,在大量试算的基础上,分析了含钢率,偏心距和长细比等因素对极限承载力的影响,最后,将所计算的内（圆）钢管增强的方钢混凝土偏压柱极限承载力的结果与已有的纯方钢管混凝土偏压柱的试验结果进行了对比,表明内（圆）钢管增强效果明显。     

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.     

钢筋混凝土柱压弯承载力与刚度实用计算方法

框架柱作为竖向承重以及横向抗侧移构件,对其压弯性能研究尤为重要。利用ABAQUS软件建立三维实体模型,在与拟静力试验结果验证的基础上,进一步建立162根足尺钢筋混凝土柱有限元模型算例进行参数分析,探讨了各参数对柱的承载力、刚度的影响,提出了参数影响下的柱承载力、刚度实用计算公式。结果表明:(1)当轴压比小于或等于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力增大,当轴压比大于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能有效的增大柱的压弯峰值承载力,且提高纵筋配筋率的效果更好; (2)当轴压比小于或等于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度增大,当轴压比大于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能增大柱的弹性刚度;(3)提出的实用计算公式可较准确的反映有限元结果,可为实际工程中框架柱的设计作一定的参考。     

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.     

钢骨-方钢管混凝土偏压短柱力学性能的试验研究

通过6根钢骨-方钢管混凝土组合短柱的偏心受压试验,研究该组合柱的受力性能.试验结果表明:钢骨-方钢管混凝土偏心受压组合短柱试件的破坏是由于方钢管局部出现凸曲而导致承载力的下降而引起的;混凝土的强度、方钢管的宽厚比和钢骨的用量都对组合柱的受力性能有着显著影响;通过截面应变分析,可以近似地认为偏心受压组合柱符合平截面假定.     

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%。