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.     

圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究煤矸石粗骨料不同取代率下的圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的关键影响因素,提出承载力简化计算式,为其工程应用提供理论指导。方法 通过ABAQUS建立圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱有限元模型,验证模型可靠性,并研究试件的破坏模态、应力分布与荷载分配;在此基础上分析试件在不同取代率下含钢率、钢材屈服强度、混凝土轴心抗压强度对钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响。结果 不同取代率下,含钢率由4.04%到10.25%、混凝土轴心抗压强度由20 MPa到40 MPa、钢材屈服强度从345 MPa到460 MPa,使构件承载力分别平均提升41.09%、40.72%、12.90%;煤矸石粗骨料100%取代率下构件的轴压承载力下降幅度低于16%。结论 圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱较普通混凝土柱仍具有较高承载力;不同取代率下含钢率、混凝土轴心抗压强度对试件的轴压承载力影响较为显著;引入煤矸石取代率影响系数的轴压承载力简化计算式与试验值的平均误差率小于6%,可供工程应用参考。     

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。     

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.     

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。     

空心圆钢管混凝土轴压短柱有限元分析

目的通过研究找到最适合空心钢管混凝土轴压短柱的混凝土本构关系模型.方法选取6种常用的混凝土本构关系模型,结合已有试验结果,应用有限元软件ABAQUS建立模型进行验证,找出适合的混凝土本构关系.改变钢材强度、钢管壁厚、混凝土强度、空心率等参数,研究不同参数对混凝土力学性能影响.结果随钢管屈服强度、钢管壁厚和空心率的增大,混凝土分担的荷载减小;随混凝土强度的提高,混凝土分担的荷载增加.对于空心钢管混凝土轴压短柱,μ_e0.24时,其混凝土本构关系可采用改进后的模型MC7;0.24≤μ_e≤0.35时,可采用模型MC6;μ_e0.35时,可采用模型MC1或MC2.结论采用改进后混凝土本构关系的空心钢管混凝土轴压短柱有限元分析结果与试验结果吻合良好.     

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。     

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。     

钢管混凝土短柱轴压承载力计算模型误差及算法

为了进一步提高钢管混凝土短柱轴压承载力计算的准确性,文章收集和整理了国内外562个钢管混凝土短柱轴压承载力试验数据,采用相关规范中轴压承载力计算模型对562个试验试件进行计算并分析了规范计算模型的误差,在规范计算模型误差分析的基础上,引入混凝土轴心抗压强度提高系数β_sc,提出了钢管混凝土短柱轴压承载力建议计算公式。结果表明:相关规范中轴压承载力计算模型在计算钢管混凝土短柱轴压承载力方面具有较高的准确性,计算模型误差平均值在0.775～1.310之间,但规范计算模型的理论计算值相比于试验值多数偏高;文中所提出的建议计算公式能够准确地计算钢管混凝土短柱轴压承载力且其误差大于1的占比超过80%。     

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

薄壁圆钢管约束陶粒混凝土短柱轴压性能研究

为了研究薄壁圆钢管约束轻骨料混凝土柱的轴心受压性能,设计制作4根薄壁钢管约束陶粒混凝土短柱试件,以核心陶粒混凝土强度、钢管壁厚为变化参数,通过单调静力加载试验,测试其受力过程及破坏形态、位移、钢管应变,研究陶粒混凝土强度、套箍系数对承载力和变形能力的影响规律.结果表明,径厚比为80和125、套箍系数小于0.5的薄壁钢管...     

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.     

圆钢管粉煤灰混凝土短柱轴压试验的数值模拟

基于圆钢管粉煤灰混凝土短柱的轴压试验结果,经过回归分析和反复试算,提出了一种适用于有限元法分析的约束粉煤灰混凝土本构关系模型,并通过有限元法分析验证了其有效性.结果表明,所提出的模型不仅适用于圆钢管粉煤灰混凝土的有限元法分析,而且对普通圆钢管混凝土也具有较好的模拟效果.     

带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的承载力及可靠度分析

为了探求一个合理的设计公式来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限强度,完成了包含13个短柱试件在内的轴心受压试验以研究该类柱在轴压下的破坏模式和极限强度．试验结果表明,在荷载作用下,直到荷载接近极限值时,柱中钢管、纵向钢筋以及混凝土三者之间的纵向应变基本上是协调的,计算结果与试验结果吻合良好,因此可以采用叠加原理来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限承栽力．此外,分析了该极限承载力计算公式的可靠度水平．分析结果表明,该承载力计算满足GB50068—2001对构件可靠指标的要求．     

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.     

方钢管钢骨混凝土轴压短柱极限承载力计算

为了进一步探讨方钢管钢骨混凝土轴心受压短柱极限承载力计算方法,在修正的方钢管钢骨混凝土混凝土本构模型基础上,采用有限元法建立了轴压短柱的计算模型,通过模型计算了载荷-轴向变形关系曲线,并与相关文献的试验曲线进行了对比,计算曲线与相关试验曲线吻合较好。通过对计算结果的回归分析,得出了实用的轴压承载力计算公式,利用该公式可进行方钢管钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力进行预测。     

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.     

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。     

空间钢构架—钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法

为了研究新型空间钢构架—钢管混凝土短柱的轴压极限承载力的计算方法,分析了空间钢构架—钢管混凝土轴压短柱的约束作用机理,在已有试验研究和有限元非线性分析的基础上,采用叠加法并考虑空间钢构架对钢管外混凝土的约束作用和钢管对核心混凝土的约束作用,建立了空间钢构架—钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,其计算值与试验值符合较好,可以较好地计算空间钢构架—钢管混凝土短柱的轴压极限承载力。