不锈钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

为研究混凝土在不锈钢侧向约束下的受压力学性能,开展不锈钢圆管约束混凝土短柱的轴压试验研究.在试验中,设置素混凝土短柱和碳素钢管约束混凝土短柱作为对比,主要研究参数为加载边界条件和不锈钢管壁厚.试验结果表明:素混凝土短柱出现沿竖向劈裂破坏,破坏前变形较小;其余约束混凝土短柱均呈现较好的变形能力,破坏表现为钢管外屈及相应位置混凝土压溃破坏;在圆不锈钢管约束下,混凝土短柱的轴压承载力和变形能力均得到显著提升;不锈钢管混凝土短柱的初始刚度大于不锈钢约束混凝土短柱;随着不锈钢管壁厚的增大,约束混凝土短柱的轴压承载力近似呈线性增长;采用不锈钢管约束混凝土的承载力高于采用相近屈服强度的碳素钢管约束混凝土.     

开孔对GFRP管约束混凝土柱受压性能的影响

基于已有的GFRP约束混凝土柱相关试验成果,利用ABAQUS建立2根无损试件并验证模型的正确性;通过有限元软件建立4根无损GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,在此基础上设计12根不同开孔尺寸、位置带几何缺陷GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,研究开孔尺寸、位置对缺陷试件轴压性能的影响规律,分析组合柱应力分布、极限承载力和荷载-应变全过程的变化曲线.结果表明:随着开孔尺寸的增大,带几何缺陷试件的承载力逐渐降低;开孔位置对承载力的影响微小.     

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。     

柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

装配式核心钢管混凝土柱轴压性能及受力机理

提出一种装配式核心钢管混凝土(PCSTRC)柱建造技术,实现混合框架结构的柱-柱快速拼装,并完成4个足尺框架柱试件的单向轴压试验,包含1个整浇RC柱、1个整浇核心钢管混凝土(CSTRC)柱和2个PCSTRC柱试件。最后,在受力分析的基础上,提出PCSTRC柱的轴向荷载-变形曲线理论模型。研究结果表明:整浇CSTRC柱轴压承载力和极限变形相对整浇RC柱分别提高27.6%和25.6%。PCSTRC柱承载力高于整浇RC柱且随核心钢管配钢率增加而增加,最大提高21.7%;PCSTRC柱的极限变形比整浇RC柱最大提高了29.2%,但轴压刚度略低于整浇试件;在相同核心钢管配钢率下,PCSTRC柱轴压承载力比整浇CSTRC柱降低15.7%,极限轴向变形基本相同;PCSTRC柱整个轴压受力过程分为弹性、塑性发展和承载力衰减3个阶段;弹性和塑性发展阶段可忽略套管约束作用,按照普通CSTRC柱进行设计;承载力衰减阶段应考虑套管对核心钢管混凝土部分的附加约束作用进行残余承载力计算。     

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.     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.     

传统风格建筑钢-混凝土组合结构枋-柱节点承载力及有限元分析

为研究传统风格建筑的钢-混凝土组合结构枋-柱节点的力学性能,本研究完成了2个典型传统风格建筑枋-柱节点试件的快速动力加载试验,分析了试件的恢复力特征曲线、骨架曲线、承载能力及延性性能等力学特征.结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑具有优良的抗震性能,与单梁-柱节点相比,双梁-柱节点的承载力较高,约为前者的1.47倍,且其滞回曲线更饱满,但其延性性能较单梁-柱节点的延性性能低16.7%;总体上,双梁节点与单梁节点的开裂特征点值相差较小.基于试验结果,采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,对试件进行了参数分析,对比分析了轴压比、钢管强度及混凝土强度对其力学性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,随着轴压比增大,模型结构的承载力随之增大,而当轴压比较大时,模型结构的承载力变化不显著;随着钢管及混凝土强度的增加,试件的承载力逐渐增大;本研究结果可为传统风格建筑在实际工程中的应用提供有益的参考.     

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.     

GFRP管高强混凝土空心柱轴压试验研究

为研究GFRP管高强混凝土短柱的轴心受压性能,进行了4根不同截面组合柱的轴心受压试验,主要研究其工作机理和破坏形态.试验结果表明:在荷载作用初期,组合柱GFRP管对混凝土没有约束作用,随着荷载作用增加,GFRP管表面出现白纹和轻微的响声;在极限状态时,GFRP管被拉断,并伴随巨大的响声.GFRP管-高强混凝土-钢管组合柱的承载力比GFRP管-高强混凝土-GFRP管组合柱高37%左右.采用统一理论法建立组合柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究

高钛矿渣是较好的内养护材料,将其作为细集料制备超高强混凝土灌入钢管,可减小核心混凝土收缩造成的脱黏、脱空,提高钢管超高强混凝土组合结构构件强度。通过10根钢管混凝土短柱轴压测试,研究分析了高钛矿渣砂取代率对钢管高钛矿渣砂超高强混凝土轴压力学性能的影响,结果表明：高钛矿渣砂取代率对钢管混凝土试件的破坏形态、荷载-位移曲线、应力-应变曲线、应力-横向变形系数曲线规律无明显影响,试件均为剪切破坏模式;随着高钛矿渣砂取代率的增加,钢管混凝土试件的承载力与初始刚度随之增加,在取代率为60%时,均达到最大值;由于核心混凝土强度过高,试件含钢率偏小,钢管对核心混凝土约束效应有限,实测承载力小于规范计算承载力。     

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱力学性能的研究

提出了一种重载柱设计的新模式，即钢骨－钢管混凝土组合柱，该组合柱是将钢骨插入钢管中，然后内填混凝土形成，通过13根组合柱的轴心受压试验，研究了钢骨－钢管高强混凝土组合柱的工作机理，延性和极限承载力，讨论了影响这种组合柱性能的主要因素，包括套箍指标，配骨指标和长细比等，研究结果表明，这种新型组合柱具有较高的承载力和良好的延性，可减少柱截面尺寸，增大建筑物使用空间，根据试验结果，给出了适用于这种组合柱的承载力计算公式。     

长期荷载作用对内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

利用ABAQUS建立考虑长期荷载作用的内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱数值分析模型.通过与已有试验数据对比,验证建模方法的可行性.在此基础上对该类新型组合柱进行力学性能分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比.最后,分析长期荷载比、混凝土强度、钢管含钢率、型钢含钢率等对长期荷载作用下构件变形和承载力的影响规律.结果表明:长期荷载使组合柱中钢管和型钢提前进入塑性屈服,增大组合柱达到极限承载力时二者与混凝土的接触应力,改善其对混凝土的约束作用,使组合柱极限承载力提高,对应应变增大.参数分析表明:混凝土强度提高增大了长期荷载对组合柱的影响,钢管含钢率和型钢含钢率的增加使长期荷载影响减弱.     

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.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

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.     

多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压参数分析

为了避免方形截面柱柱角突出问题,提高建筑空间利用率,提出了一种适用于异形柱的多腔钢管再生混凝土叠合短柱的新型构件形式,运用ABAQUS分析了叠合短柱的再生混凝土取代率、再生混凝土强度、钢管壁厚等参数对其荷载位移曲线、延性和刚度退化等力学性能的影响。研究结果表明：叠合短柱的承载力随着再生混凝土强度和钢管壁厚的增加有较大幅度的提升,但随着取代率的增加呈现下降趋势。叠合短柱的延性和刚度随着钢管壁厚的增加有一定的提升,但随着再生混凝土的取代率和强度的提高而降低。     

圆端形钢管混凝土柱偏压力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土压弯构件进行工作机理及参数分析,研究结果表明:在偏压状态下,圆端形钢管混凝土具有较高的承载力和较好的延性;钢管能对核心混凝土提供有效的约束,约束效果主要集中在圆弧段;圆端形钢管混凝土偏压承载力随着钢管强度、含钢率的提高而提高;随着核心混凝土强度提高,构件承载力增大,延性降低;随着长细比增大,构件承载力降低;截面高宽比对构件偏压承载力影响较小,随着截面高宽比增大,构件延性有降低的趋势.