冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究

为研究冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的影响,本试验以冻融循环次数为参数对冻融循环作用后方钢管混凝土短柱的力学性能进行了研究。试验得到了冻融循环作用下方钢管混凝土短柱的受压破坏模式,荷载—位移曲线以及荷载—应变曲线,并分析了冻融循环次数对方钢管混凝土短柱极限承载力,位移延性以及初始刚度的影响。根据试验现象,将破坏模式分为2种。研究表明:方钢管混凝土短柱的力学性能如极限承载力,位移延性以及初始刚度受冻融循环作用影响重大。具体表现为试件的极限承载力随冻融次数增加而逐渐下降,且冻融循环次数越大,极限承载力下降幅度愈明显;对于试件的初始刚度,其随着冻融循环次数的增加而减小;另外,冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的延性系数影响较大,表现为随冻融循环次数的增加,延性系数随之增加。     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能试验

采用正交组合的方法制作了9根高强冷弯矩形钢管混凝土柱模拟在地震作用下构件的破坏模式、变形承载能力、延性与耗能性能以及刚度强度退化。实验设计变化参数有:截面长宽比、钢管宽厚比、轴压比。分析了高强冷弯钢管混凝土柱在拟静力荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。研究各基本参数对钢管混凝土柱抗震性能的影响。结果表明:在拟静力荷载作用下,构件的滞回曲线大部分比较饱满,呈现出梭形,显示出构件具有优良的抗震性能。长宽比在一定范围内,轴压比越大,构件承载力越好,延性越差,宽厚比的影响相对较小;对于宽厚比相同的构件,长宽比越大,承载力越大,轴压比的影响相对较小;对于轴压比相同的构件,在一定范围内,长宽比越小,承载力越大,宽厚比越小;长宽比和宽厚比对试件的屈服位移影响显著;长宽比、宽厚比和轴压比对位移延性系数没有显著影响,但各因素对位移延性系数的影响主次关系为钢管宽厚比截面长宽比轴压比。     

钢管插入式基础抗拔承载性能数值模拟

为研究输电线路杆塔三角锚固盘钢管插入式基础在承受上拔荷载时锚固盘的受力性能,使用有限元分析软件对钢管插入式基础进行数值模拟分析,研究了锚固件尺寸、混凝土强度、钢管截面和混凝土柱截面对试件抗拔承载性能的影响。结果表明:使用三角锚固盘能够改善锚固盘与钢管焊接部分的应力集中情况,显著提升钢管插入式基础的抗拔承载能力,且混凝土强度越高优势越明显;在一定范围内增加锚固盘尺寸可以提高基础抗拔承载力,提高初始刚度和延性系数,超出范围则影响不明显,最佳的锚固盘尺寸由基础混凝土强度决定;增加混凝土强度、钢管截面尺寸和混凝土柱截面尺寸都可以提高基础的抗拔承载力和初始刚度,延性系数则随混凝土强度的提高先减小后增大,随钢管截面尺寸的提高而减小。     

方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点骨架曲线影响因素

为了分析不同因素对内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载-位移骨架曲线的影响,采用有限元软件对27个中柱节点在低周往复荷载下的受力过程进行模拟;模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证,提取各节点的荷载-位移骨架曲线,并计算各节点的屈服荷载、极限荷载、破坏荷载、屈服位移、极限位移和位移延性系数。结果表明:环板宽度、环板厚度、轴压比和梁柱端第1个孔洞中心到柱壁的距离对节点荷载-位移骨架曲线影响较小,钢材屈服强度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比、孔间距和开孔率对节点荷载-位移骨架曲线影响较大;钢材屈服强度和梁柱线刚度比增大,节点的承载力显著增强,位移延性系数明显减小;柱截面含钢率增大,节点的承载力增大,但屈服位移和极限位移逐渐减小,骨架曲线呈现显著下降的趋势;孔间距增大或开孔率减小,节点承载力显著增大。     

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,...     

钢管-纤维增强水泥基复合材料混凝土叠合柱轴压性能

为了研究构造参数对钢管-超高延性纤维增强水泥基材料(engineered cementitious composites, ECC)混凝土叠合柱的轴压力学性能的影响规律,采用数值模拟方法对比分析了长细比、截面形式、钢管壁厚、纵筋直径以及配箍率对极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线的影响,研究不同参数的影响规律。研究结果表明:通常采用ECC混凝土替代外包普通混凝土能有效提高叠合柱的承载能力,同时能极大改善试件的延性;相同截面含钢率条件下,采用圆截面钢管的构件约束效应较好;钢管厚度与构件长细比是影响钢管-ECC混凝土叠合柱承载能力的重要参数;外包纵筋直径与箍筋间距变化对试件承载力具有提高作用;随着钢管厚度、纵筋直径的增加及构件长细比的减小,单轴荷载作用下叠合柱的承载力得到提高。     

钢管-纤维增强水泥基符合材料混凝土叠合柱轴压性能

为了研究构造参数对钢管-超高延性纤维增强水泥基材料(engineered cementitious composites,ECC)混凝土叠合柱的轴压力学性能的影响规律,采用数值模拟方法对比分析了长细比、截面形式、钢管壁厚、纵筋直径以及配箍率对极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线的影响,研究不同参数的影响规律.研究结果表明:通常采用ECC混凝土替代外包普通混凝土能有效提高叠合柱的承载能力,同时能极大改善试件的延性;相同截面含钢率条件下,采用圆截面钢管的构件约束效应较好;钢管厚度与构件长细比是影响钢管-ECC混凝土叠合柱承载能力的重要参数;外包纵筋直径与箍筋间距变化对试件承载力具有提高作用;随着钢管厚度、纵筋直径的增加及构件长细比的减小,单轴荷载作用下叠合柱的承载力得到提高.     

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。     

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.     

矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能

通过6个试件的轴心受压试验,考察了再生粗骨料取代率和截面长宽比对矩形钢管再生混凝土短柱的破坏形态、荷载-变形曲线及承载力等力学特性的影响.结果表明:随再生粗骨料取代率的增大,矩形钢管再生混凝土短柱的轴压承载力和组合弹性模量及相对承载力系数减小,而后期承载力系数增大;截面高宽比对试件相对承载力系数变化规律的影响很小,而截面高宽比越大试件的后期承载力系数越小.在选用合理的材料本构关系模型的基础上,建立有限元模型对矩形钢管再生混凝土短柱的轴压性能进行了模拟,总体上有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

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。     

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了 4个圆端形不锈钢管（concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST）和2个圆端形普通钢（concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT）混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验. 分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等. 试验结果表明：圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低. 给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.     

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.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

偏心率对钢管轻集料混凝土受压性能的影响

为了研究钢管轻集料混凝土构件偏心受压状态下的受力性能特征,对长细比为12,28,56等共54根不同偏心率的钢管轻集料混凝土偏心受压柱的试验结果进行了分析.通过构件的荷载、挠度、应力和应变等特征曲线,研究了构件破坏的过程特征,分析了偏心率对受压性能的影响机理.试验结果表明:偏心率越大,钢管轻集料混凝土构件的纵向应变发展越快;在破坏时,截面受压区高度随着偏心率的增大而减小,中和轴逐渐向偏心一侧移动;钢管轻集料混凝土的承载力随着偏心率的增大而减小,延性随着偏心率的增大而增大;偏心与稳定对钢管轻集料混凝土的承载力影响相互独立,其承载力折减系数可以由偏心折减系数乘以稳定系数得到.基于以上分析,给出了钢管轻集料混凝土的偏心折减系数计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

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。     

荷载-硫酸盐共同作用下纤维混凝土柱受压性能

为研究在荷载-硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱的偏心受压性能,对8个聚丙烯纤维混凝土柱和1个普通混凝土对照柱进行了偏心受压静力试验,获取了荷载-变形曲线、荷载-钢筋应变曲线以及截面应变,分析了应力比和腐蚀时间对试件破坏形态、延性以及峰值荷载等的影响.结果 表明:聚丙烯纤维的加入,可有效抑制硫酸盐的侵蚀作用;峰值荷载随应力比的增加呈先提高后降低趋势,随腐蚀时间增加亦呈先提高后降低趋势,150 d时承载力较120 d降低了15.83％;位移延性系数随应力比的增加而减小,随腐蚀时间增加呈先增加后降低趋势,150 d时位移延性系数较60 d降低了15.79％.同时考虑应力比及硫酸盐对混凝土的损伤,引入损伤因子,建立经历荷载和硫酸盐作用后的混凝土抗压强度计算公式;考虑聚丙烯纤维混凝土抗拉强度对受拉区的贡献,采用等效矩形应力图简化计算方法,引入受拉区等效系数,建立荷载与硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱承载力计算公式;并考虑聚丙烯纤维和硫酸盐腐蚀的影响,建立了最大裂缝宽度计算公式.理论计算值与试验值吻合较好.     

巨型钢管混凝土柱共同工作性能数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的共同工作性能,针对本文提出的节点内直接设置分配梁的构造,本文采用ABAQUS软件对三种不同构造措施的四个超大截面矩形钢管混凝土柱1:5缩尺模型的轴压试件进行了非线性有限元分析。结果表明,有限元分析得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验吻合良好,验证了有限元模型的有效性。在此基础上,通过有限元分析考察了分配梁刚度和管壁宽厚比对仅设置分配梁和分配梁加环板两种构造的超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能的影响。分析表明：管壁宽厚比对超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能影响较小;增大分配梁的刚度,可以较大地改善钢-混凝土的共同工作性能。     

薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的拟静力试验研究

制作5根薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,采用MTS伺服加载系统进行此类试件的拟静力试验,研究不同横向加劲肋间距和混凝土填充率对薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的影响.通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果的分析得到:随着底部塑性铰区域横向加劲肋间距的减小,试验采用的钢桥墩试件的承载力和刚度有所提高;其它相同条件下,随着混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的水平承载力、耗能能力、结构刚度、极限位移和位移延性系数等抗震性能指标也都随之提高.