轴压下CFRP—钢管约束混凝土柱试验研究

为研究CFRP—钢管约束混凝土柱试件在B式(仅在核心混凝土施加轴压)加载下的轴压力学性能,采用轴压试验的方法对18根CFRP—钢管约束混凝土试件进行核心混凝土轴向加载,分析混凝土强度、CFRP包裹层数和CFRP约束效应系数对试件轴向承载力和轴向位移的影响。试验结果表明,CFRP约束效应系数对试件轴压承载力提高系数贡献最大,CFRP约束效应能防止钢管的屈曲同时限制混凝土裂缝的发展,增大核心混凝土强度和增加CFRP层数,试件轴向承载力有显著提高。同时制作了6根试件进行A式B式加载对比试验,试验结果表明B式加载方式的极限承载力均大于A式加载,B式加载试件在整个加载过程中CFRP都对混凝土产生约束作用,试件的轴压性能相较于A式更加优良。     

钢管混凝土结构构件耐撞性能的试验研究

为研究钢管混凝土结构构件的耐撞性能,采用落锤式冲击试验方法对其抗侧向冲击性能及破坏特征进行研究.获得钢管混凝土试件在不同冲击能量下冲击力时程曲线和试件的最大侧向位移,并分析了试件破坏形态及特征.实验结果表明:管壁厚度一定时,冲击力时程曲线经历3个阶段:迅速加载、平台值和卸载;随着冲击能量的增加,试件的侧向挠度增大;当钢管混凝土受到侧向冲力时,构件有明显的屈服现象;冲击能量越大构件的动力响应越明显.表明钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性能.     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱的试验研究

采用落锤式冲击试验机进行了42根钢管混凝土试件的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和冲击力时程曲线,分析其抗冲击动力特性。试件在产生压缩变形的同时,其表面中下部多处出现局部鼓曲现象,钢管与内部混凝土之间产生相对侧移;在相同冲击荷载作用下,随着钢管壁厚增大,试件表面应变减小,钢管约束混凝土变形的效果显著;在低速冲击范围内试件所受冲击力峰值变化不大。试件破坏形态和实测结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

钢管混凝土侧向冲击荷载下的变形分析及简化计算

通过落锤冲击试验及模拟仿真对简支钢管混凝土在冲击荷载下的跨中挠度进行了试验分析,得出了在不同冲击能量下的挠度曲线,并与ANSYS/LS-DYNA的数值模拟结果进行了比较;并应用试验结果及模拟数据得出了跨中挠度随约束效应系数和冲击能量的变化关系曲线;通过塑性和回归分析得出了在冲击荷载下的简支梁跨中挠度计算实用公式,这些结果对研究钢管混凝土其它性能及在实际防震减灾中的应用有重要参考价值。     

不同柱端约束下外方内圆双重钢管混凝土组合柱抗侧向冲击动力性能研究

为研究不同柱端约束作用下方形空心钢管混凝土柱受冲击后的动力性能,对已有试验的钢管混凝土柱进行模拟,验证了有限元模拟分析的可靠性。基于有限元模拟,完成了16个钢管混凝土柱的水平横向冲击数值模拟,分析不同柱端约束条件和柱端轴力大小对钢管混凝土侧向冲击动力性能的影响。结果表明:方形空心钢管混凝土柱受到冲击作用后,冲击侧发生局部鼓曲,冲击部位主要表现为剪切变形,而另一侧主要表现为弯曲变形;柱端未施加轴力条件下,加强柱端约束均有利于提高柱抗侧向冲击动力性能,减少冲击部位和柱整体的变形;柱端约束相同的条件下,柱端施加轴力会对试件抗侧向冲击性能产生不利作用;在固端约束条件下,轴力为柱轴压承载力0.01倍时,冲击力峰值达到最小值,随后冲击力峰值得到一定程度的回升,此时轴压力对空心钢管柱起到一定的保护作用;施加轴力后的悬臂柱由于悬臂端受到轴压力的限制,间接增大了悬臂柱的约束,导致试件柱比预计吸收更多能量。     

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。     

FRP约束方钢管混凝土短柱轴压性能研究

通过对8个不同FRP材料(碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维)约束的钢管混凝土方柱的轴压试验研究,揭示此类构件的受力机理与破坏形态,探讨不同FRP约束材料对约束方钢管混凝土的轴向力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维约束试件强度和延性提高最为明显. FRP材料的约束强度越大,约束钢管混凝土的轴向承载力越高并且延性越好.在相同约束强度下,玄武岩纤维约束试件的延性优于玻璃纤维约束试件.针对FRP约束钢管混凝土方柱,提出了承载力计算公式.与本试验和其他学者试验结果对比显示,该公式计算结果与试验值吻合良好.     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

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.     

高温后圆与方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能对比分析

为了研究不同截面形式钢管高强混凝土高温后的轴压力学性能差异,进行了30个试件的高温后轴压性能试验,考虑了圆和方两种截面形式、不同经历温度和混凝土强度等级3个变化参数。观察了试件高温前后的外观变化,对比了圆钢管和方钢管试件的质量烧失率,讨论了其荷载—轴向位移曲线,对比分析了圆和方钢管两类试件的峰值荷载、峰值位移、轴压刚度、延性系数及耗能能力等性能差异。结果表明:随着历经温度和混凝土强度等级的增加,两种钢管高强混凝土试件的峰值荷载、峰值位移、刚度、位移延性和能量耗散变化规律大体一致,圆钢管高强混凝土试件受温度及混凝土强度等级变化的影响程度较方钢管高强混凝土试件大。     

空间钢构架高强混凝土约束机理的试验研究

为了进一步探讨空间钢构架对核心高强混凝土的约束机理,以空间钢构架角钢净距、缀条宽度和缀条间距等为设计参数,进行了7个空间钢构架高强混凝土短柱试件在轴向荷载作用下的试验研究。在试验分析的基础上,分析了空间钢构架约束高强混凝土的机理,并对Mander约束本构模型进行修正,提出了空间钢构架约束高强混凝土的本构关系模型。分析表明:轴向荷载作用下,空间钢构架高强混凝土柱破坏始于纵向弦杆(角钢)抗压屈服,峰值荷载时,缀条达到抗拉屈服强度和角钢被压曲,试件具有较高的承载力和变形性能;空间钢构架高强混凝土短柱的轴压承载力大致随着空间钢构架混凝土约束综合影响系数的增大呈线性关系提高。用建议的本构关系对空间钢构架约束高强混凝土短柱荷载—位移曲线分析表明,计算曲线与试验曲线吻合较好。     

圆CFRP-钢复合管内填砼构件的受弯性能研究

对16根圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件以及4根圆钢管砼受弯构件开展静力试验并分析实验结果。对于未包裹纵向CFRP的试件，其荷载-跨中挠度曲线类似于对应的圆钢管砼构件的曲线；对于包裹纵向CFRP的构件，其荷载-跨中挠度曲线可以划分为以下几个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。圆CFRP-钢复合管内填砼受弯构件的延性要好于圆FRP筒内填混凝土受弯构件。对于具有相同钢管约束效应系数的试件。承载力提高率随着纵向CFRP层数的增大而增大。从加载之初直到最大承载力．钢管和CFRP筒在环向和纵向都可以协同工作。纵向受压最大点的环向扣应变最大，纵向受拉最大点的环向压应变最大，纵向受拉最大点的钢管对核心砼没有套箍作用。从加载之初直到大约0．8倍的极限承载力，试件纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定。纵向CFRP可以显著提高试件的刚度。     

方钢管约束混凝土桥墩拟静力试验

为研究不同约束形式及混凝土墩身与承台间的连接构造对桥墩试件的抗震性能和各项指标的影响规律，设计1根采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件（SYP-GT4试件）、1根方钢管约束的整体现浇混凝土桥墩试件（SYZ试件）和1根方形截面的整体现浇混凝土桥墩试件（SFZ试件）。在桥墩墩帽处采用位移加载方式完成构件的拟静力试验，观察试件的破坏过程以及破坏模式，分析了桥墩的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、延性、耗能等特征参数。结果表明，3根混凝土桥墩试件的破坏形态基本一致，二者均为整体压弯破坏模式。SYZ试件与SFZ试件相比，水平峰值荷载提高了46.5%，滞回耗能能力更优，均有很好的延性性能，表明方钢管约束的整体式桥墩抗震性能优于现浇混凝土桥墩；SYP-GT4试件与SYZ试件相比，水平峰值荷载数值相接近，位移延性系数提高了24.1%，残余位移小，变形恢复能力较优，滞回曲线呈现更饱满的梭形，无明显捏缩，连接构造对强度和刚度退化的影响较小，两者抗震性能接近。     

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.     

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明：部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应；车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测；桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%；随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%；随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大；桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。     

考虑轴压比的圆钢管抗冲击有限元研究

采用有限元软件ABAQUS建立了构件冲击荷载下的理论分析模型.对一端固定一端可纵向移动薄壁圆钢管进行了有限元研究,分析得到圆钢管在不同轴压力作用下经受侧向冲击后的构件破坏模态,并得到随着轴压力的增加,冲击力平台值逐渐增大,跨中挠度逐渐增大,耗能逐渐增大的结果.     

薄壁矩形钢管混凝土受压柱临界宽厚比

对薄壁矩形钢管混凝土柱在轴压作用下的局部屈曲性能进行了研究。使用能量法分析了钢板的局部屈曲系数。假设钢管壁在非加载边受到弹性约束,在内侧受到混凝土的径向压力,通过计算弹性约束系数,得到了矩形钢管混凝土柱轴压下的临界宽厚比。从公式中得知径向力降低了钢管的屈曲应力。钢管屈曲系数随着约束系数的增大而增大,且与钢管截面高宽比和邻边厚度比有关。     

轴向冲击荷载下L形截面钢管混凝土短柱受力性能

为研究L形截面钢管混凝土短柱在受到轴向冲击荷载作用下的受力性能,通过落锤冲击试验,获得在不同冲击高度下的冲击应力时程曲线,并建立有限元模型,分析钢材、混凝土强度和冲击不同位置对短柱力学性能的影响。结果表明:随着冲击高度的增加,落锤冲击应力峰值增大;钢材壁厚大的试件,其冲击应力峰值较大,变形较小;选择强度较大的钢材能显著提高试件的抗冲击承载力,而混凝土强度等级的影响则相对较小,在不同的冲击位置下显示协同性较好。     

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.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。