钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

预制钢管超高强石渣混凝土叠合柱的轴压特性研究

分析了预制钢管超高强石渣混凝土叠合柱与钢筋混凝土构件、钢管混凝土构件及非预制钢管混凝土叠合柱相比较的优点.基于实验现象观察的基础上提出计算假设,并以预制钢管超高强石渣混凝土叠合短柱的极限承载力的研究成果为基础,给出了预制钢管超高强石渣混凝土叠合中长柱的承载力计算公式,弥补了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS188:2005)中未考虑长细比对核心钢管混凝土承载力影响的不足.     

配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱有限元分析

目的 研究配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱受力性能及延性性能,为配筋空心方钢管混凝土组合柱试验研究提供参考依据。方法 利用有限元软件ABAQUS建立了22个配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱模型,对构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土强度、偏心距和含钢率等参数对其受力性能的影响进行分析。结果 配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段、下降阶段。增大钢材强度和含钢率可以使构件的承载力显著提升,延性也越好;提高混凝土抗压强度,构件的承载力增加但延性变差;配普通钢筋可以增加构件的承载力且改善构件的延性。结论 配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱充分发挥了各材料的受力特点,在减轻自重的条件下承载力较高且延性较好。     

两种钢管混凝土轴压短柱有限元模型的比较

有限元软件ABAQUS由于其强大的非线性功能,被广泛用于钢管混凝土构件的设计和研究中,研究者们还建议了多种适合该软件使用的钢管混凝土轴压短柱的有限元模型.分析了现有的340个钢管混凝土轴压短柱的试验数据,基于这个数据库对现有的两个常用钢管混凝土轴压短柱的有限元模型进行验证,以明确两种有限元模型的适用范围,为设计和研究该类构件提供有益参考.     

脱空率对偏心受压钢管混凝土力学性能影响研究

对12个脱空钢管混凝土短柱进行了脱空侧偏心受压的极限承载力试验,试验参数为脱空率,研究在一定偏心率下,脱空钢管混凝土短柱力学性能。试验结果表明,脱空率对钢管混凝土偏压构件受力性能与承载力均有影响,随着脱空率的增大,钢管对核心混凝土的套箍作用不断削弱,构件的极限承载力也明显下降,但比脱空的轴心受压钢管混凝土极限承载力折减要少。     

CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系

在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系.使用该混凝土的本构关系,利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟;并作了相应的8根CFRP钢管混凝土和4根钢管混凝土试件的轴压短柱承载力试验研究.数值分析所得曲线与试验所得的曲线吻合良好,证明经过修正的混凝土本构关系是一种适合于CFRP钢管混凝土轴压构件数值分析的混凝土本构关系.     

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.     

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.     

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.     

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．     

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.     

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。     

方钢管约束粉煤灰混凝土轴压短柱受力性能研究

为研究方钢管约束轻骨料混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、混凝土强度、配筋率为主要参数,设计了12根方钢管约束粉煤灰陶粒轻骨料混凝土短柱,对其进行了静力加载试验,主要分析了该种构件的受力性能、破坏形态,以及相关参数对其受力性能的影响规律.试验结果表明,在载荷作用下,方钢管对轻骨料混凝土的约束作用明显,有效地提高了轻骨料混凝土的抗压强度,改善了其变形性能.构件达到极限载荷后,仍有较好的承载能力和变形能力,破坏属于潜力耗尽的材料破坏.钢管宽厚比是影响柱受力性能的主要参数.随着钢管宽厚比的增加,构件的受力性能有逐步减退的趋势.混凝土强度和配筋率影响较小.     

基于轴压试验的钢骨钢管混凝土柱力学性能研究

极限承载力是衡量钢骨钢管混凝土柱等建筑结构构件最基本的力学性能指标.以钢骨钢管混凝土柱的钢管壁厚、钢骨截面面积、混凝土的抗压强度等为主要变化参数,进行了6根短柱的轴压试验,分析了混凝土柱在轴心压力下的宏观变形特征、破坏机理,并研究了影响混凝土柱极限承载力的主要因素,从而为钢骨钢管混凝土柱性能的进一步深入研究提供参考依据.     

改性钢管全再生粗骨料混凝土短柱的轴压试验

为了最大化利用再生骨料,以硅粉和钢纤维掺量为主要变化参数设计了20个圆形和方形截面钢管全再生粗骨料混凝土短柱构件进行轴压试验,观察了短柱的受力全过程和破坏形态,获取了构件的荷载―变形全过程曲线,分析了硅粉和钢纤维掺量对其承载性能的影响,试验结果表明:混凝土中的粗骨料全部采用再生骨料会降低钢管再生混凝土柱的峰值承载力及峰值应变,可以采用硅粉的填充效应及活性和钢纤维对裂缝的内部约束来改善钢管全再生骨料混凝土柱的性能,经改性后的钢管全再生骨料混凝土柱的性能和普通钢管混凝土柱的性能相当,硅粉掺量为10%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢管全再生骨料混凝土的峰值承载力超过了普通钢管混凝土柱。并采用现有计算理论及规程计算公式对构件的承载力进行了计算和比较,得到各规程在计算钢管全再生骨料混凝土承载力时的适用性,规程EC4和试验数据更接近。     

方钢管混凝土的力学性能研究

由于钢管混凝土中钢管对核心混凝土的套箍作用,使混凝土的受力状态由单向受压变为三向受压,从而使混凝土的抗压强度得到了极大提高,塑性性能大为改善.本文阐述了方钢管混凝土轴压短柱极限强度计算方法,及方钢管混凝土纯弯构件、压弯构件的力学性能,并简单列举了方钢管混凝土基本构件承载力设计方法.     

脱空钢管混凝土短柱偏心受压破坏形态试验研究

对脱空率为0～1.24%、外径为168 mm、壁厚为5 mm、长为500 mm、内填C50混凝土的钢管混凝土短柱进行偏心受压试验.试验结果表明:短柱承载能力和破坏形态与脱空率和加载位置密切相关,脱空率越大,短柱承载能力下降越多、偏心侧的挠度越大;在脱空侧偏心加载时,脱空侧钢管出现凹陷,如脱空率较小,脱空钢管凹陷至混凝土断面,钢管壁局部凹陷使构件产生缺陷,导致构件承载能力降低;若脱空率较大,脱空钢管未凹陷至混凝土断面,构件因脱空处的混凝土破坏而整体承载能力下降;在非脱空侧偏心加载时,则未观测到脱空侧钢管凹陷.研究成果可为相关工程设计提供参考.     

轴心受压配筋方钢管混凝土短柱承载能力的试验研究

通过15根方形截面配筋钢管混凝土轴心受压短柱的试验研究,选择约束效应系数和钢筋的配筋率等为基本参数,探讨了配筋率对钢管混凝土轴心受压构件受力性能的影响。研究结果表明：1）在核心混凝土中加入钢筋对于提高短柱的承载力不是非常明显,但能提高短柱的延性,在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展;2）当约束效应系数较小时,配筋靠近边缘对提高方钢管混凝土的承载力更有效;3）当约束效应系数较大时,配筋靠近中央对提高方钢管混凝土的承载力更有效。     

钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析

目的 分析钢管-木-混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,研究不同参数对其受力性能的影响规律.方法 合理地选用钢材、混凝土、木材的本构关系,采用非线性有限元软件ABAQUS对钢管-木-混凝土轴压短柱进行有限元模拟,分析典型构件的荷载-位移曲线.结果 随着木材截面尺寸的增大,构件的初始刚度不变,极限承载力呈现小幅度增长,...     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压工作机理

为研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压的工作机理,采用考虑材料泊松比变化、钢管和核心混凝土界面作用及钢管残余应力的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对其偏压受力全过程进行分析.从横向变形、荷载-竖向位移曲线、核心混凝土纵向应力分布、钢管与核心混凝土的相互作用、约束拉杆的影响等方面讨论了带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压工作机理.结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;设置约束拉杆可减小构件的横向挠曲变形,改变截面的变形模态,增强钢管对核心混凝土的约束效应,提高短柱的偏压承载力和延性;约束拉杆间距越小,短柱的延性越好,偏压承载力越大;泊松比对短柱偏压承载力具有一定影响,残余应力则对其几乎无影响.