钢管-钢骨高强混凝土抗弯承载力理论研究

研究在不同荷载作用和截面布置情况下,钢管-钢骨高强混凝土的破坏模式及抗弯承载力计算方法.根据构件在不同状态下的中和轴位置和3种材料的应力-应变关系,确定了9种破坏模式.考虑到钢管增强了混凝土的约束效应,在已有钢骨高强混凝土的抗弯承载力计算方法的基础上,通过采用极限状态叠加法,推导出对称和非对称组合构件在纯弯状态下的受压区高度和承载力计算公式.计算结果与已有文献数据吻合较好,表明极限状态叠加法可以应用于该种组合构件,并适用于不同截面的配置情况.     

钢梁外包FRP混凝土抗弯承载力计算

目的研究一种简化处理的不同破坏形态下构件极限抗弯承载力的计算方法,以方便工程实际的应用.方法采用实用叠加方法对SRHC梁贴FRP的受力过程和破坏特征进行研究.根据中和轴到钢骨的截面距离不同,将受压区高度与钢骨上翼缘至混凝土受压边缘的距离进行比较,以此来确定FRP加固后梁在破坏时的不同抗弯承载力的适用公式.基于纤维模型法,对受弯钢梁外包混凝土贴FRP布构件进行非线性全过程分析.结果提出了受弯钢梁外包混凝土贴FRP布构件承载力计算公式.通过实例表明,FRP的加固层数是构件受力性能重要的影响参数,在相同的变形条件下,FRP层厚度增加,组合构件的承载能力也有所提高,最佳加固率在3层以内.构件的承载能力随着混凝土强度的提高而提高.结论笔者给出的计算公式克服了简单叠加法和一般叠加法在计算上的缺陷,计算简便,可用于工程实际和结构设计中.     

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。     

预应力钢骨混凝土受弯构件承载力计算

针对预应力钢骨混凝土结构的试验和理论研究还存在差异的问题,研究了预应力钢骨混凝土受弯构件的受力性能,介绍了现有技术条件下预应力钢骨混凝土构件的施工方法,根据其截面形式和受力特点,分析构件在极限状态下的主要破坏模式及受压区混凝土高度范围.针对不同的破坏模式建立中和轴经过钢骨腹板的预应力钢骨混凝土梁的极限抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好.     

格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压性能试验研究

以是否配置纵向加劲肋和格构式钢骨为主要变化参数,对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了轴心受压试验,对比分析了格构式钢骨-钢管混凝土构件和普通钢管混凝土构件的轴压性能.结果 表明:与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高了4.65％,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高了10.53％,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高了21.12％.各组轴压试件的破坏形态基本一致,以整体失稳变形为主,伴随外钢管不同程度的鼓曲变形.格构式钢骨和内填混凝土在构件中形成小的"核心柱","核心柱"可延缓或抑制核心混凝土的裂缝发展,明显提高构件的承载能力和延性.利用有限元软件ABAQUS对格构式钢骨-钢管混凝土构件进行了轴心受压全过程数值模拟分析,明确了各部件的应力发展过程.提出了格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好且总体偏于安全.     

箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的数值分析

为研究箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,通过ABAQUS对设计的13个模型试件进行数值模拟分析,探讨组合构件中混凝土、型钢以及钢筋在开裂和破坏时的应力变化情况,在传统承载力叠加原理的基础上对型钢混凝土构件受扭承载力方法进行改进研究.研究结果表明:试件开裂前,不同试件的混凝土应力变化相近;试件达到极限状态时,钢管与部分箍筋基本达到屈服,纵向受力钢筋尚未屈服,开裂后的混凝土裂缝呈45°方向发展;通过修正系数计算得到的承载力值与数值模拟误差较小,证明了改进后承载力叠加法的合理性和修正系数的准确性.     

型钢轻骨料混凝土构件钢骨翼缘临界宽度比计算

对型钢轻骨料混凝土(SRLC)构件斜截面抗剪承载力计算模型进行分析,研究钢骨翼缘临界宽度比计算公式和相关影响因素.考虑型钢和轻骨料混凝土界面之间的粘结作用,建立剪切粘结破坏模式下的抗剪承载力.根据剪切粘结破坏和斜剪破坏抗剪承载力相等,推导钢骨翼缘临界宽度比计算公式,结合试验结果对临界宽度比的有效性进行验证.结果表明:当钢骨翼缘宽度比小于临界宽度比时,剪切破坏模式由斜剪破坏控制;反之,由剪切粘结破坏控制;混凝土强度对临界翼缘宽度比的影响最大.给出的钢骨翼缘临界宽度比计算公式可用于型钢轻骨料混凝土梁剪切破坏模式判别和抗剪承载力预估.     

方钢管-钢骨高强度混凝土组合短柱轴心受压承载力研究

基于极限平衡理论和方钢管-钢骨高强度混凝土组合短柱的工作原理,引入方钢管等效约束折减系数和核心混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束以及混凝土强度等效替换成相应的圆钢管对混凝土的约束以及混凝土强度,对方钢管、核心混凝土与内置钢骨在三向受力的约束效应下的轴压极限承载力进行了分析研究。利用组合短柱的力学平衡方程及屈服条件,推导出了该新型组合短柱在轴心压力作用下的极限承载力理论计算公式,并将该理论公式的计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明：理论计算的极限承载力与试验吻合好,该理论计算公式具有较强的适应性,对此类组合短柱在工程实际中的设计计算具有参考价值。     

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.     

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.     

芯钢管连接的钢管混凝土节点偏压承载力

为研究芯钢管连接的钢管混凝土梁柱节点偏心受压承栽力的计算方法，应用节点试验和有限元方法对节点承载力进行了分析，表明节点承载力主要由芯钢管混凝土和芯钢管外的环形钢筋混凝土共同承受。根据塑性理论的下限定理，推导出芯钢管混凝土和节点区环形钢筋混凝土的弯矩-轴力相关曲线，并对曲线进行了简化。采用叠加原理将芯钢管混凝土和节点区环形混凝土的承载力叠加得到节点偏心受压时极限承载力，给出节点偏于安全的偏压承栽力的计算公式，公式中给出考虑芯钢管混凝土受外围环形钢筋混凝土约束后的承载力提高系数k。以35层商住楼钢管混凝土结构实际工程为算例，介绍了节点偏心受压承载力公式的应用方法。     

型钢轻骨料混凝土梁抗弯承载力计算

基于简单叠加法,考虑型钢对混凝土的约束,提出型钢轻骨料混凝土梁抗弯承载力的改进叠加法计算公式.改进叠加法在混凝土承载力项中引入了混凝土抗弯承载力修正系数αrc.对8个型钢轻骨料混凝土梁和8个型钢普通混凝土梁的抗弯承载力修正系数进行分析,分析结果表明:当总含钢率与纵筋配筋率的比值在3.4%～10.8%时,αrc和该比值成正比,αrc的范围为1.0～2.0,改进的公式和钢筋混凝土梁抗弯承载力计算公式相衔接.试验结果对比表明:改进叠加法具有足够的精度,同时适用于型钢轻骨料混凝土梁和型钢普通混凝土梁.     

部分充填式钢箱砼连续组合梁抗弯承载力分析

研究部分充填式钢箱混凝土连续组合梁抗弯承载力,完成3根两跨连续组合梁在跨中对称荷载作用下的弯曲试验.以弹塑性理论为基础,考虑钢箱和混凝土翼缘板之间的滑移,基于已有研究推导出部分充填式钢箱混凝土连续组合梁抗弯承载力计算公式.将试验结果与计算值进行对比,结果表明,考虑滑移影响的组合梁抗弯承载力计算方法与实测值吻合较好.     

钢骨-钢管高强混凝土柱抗火性能试验研究

钢骨-钢管高强混凝土柱是一种组合柱设计的新模式,通过钢骨-钢管高强混凝土柱与普通钢管高强混凝土柱的对比轴向负荷和抗火试验,研究了钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火性能.试验结果表明,在相同的荷载水平下,两种组合柱的轴向变形均呈现三阶段变化规律:初始膨胀变形阶段、材料损伤导致的压缩变形稳定发展阶段和压缩变形急剧增长的破坏阶段;钢骨-钢管高强混凝土柱的压缩变形稳定发展阶段较普通钢管高强混凝土柱长很多,从而使钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火极限达到166 min,而钢管高强混凝土柱仅为46 min,由此可见在钢管高强混凝土柱中加入型钢可显著提高柱子的耐火性能.研究成果可为有关钢骨-钢管高强混凝土柱工程抗火设计提供参考.     

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。     

钢骨-钢管高强混凝土组合柱承载力研究

采用数值积分方法模拟计算了轴心受压铜骨-铜管高强混凝土组合柱的荷载-变形关系曲线，计算结果与试验结果吻合良好．在此基础上通过大量计算，研究了套箍指标、配骨指标、长细比和偏心距对组合柱承载力的影响．计算分析表明，铜管、铜骨和混凝土的协同工作，可有效地提高柱子的承载力．     

基于MCFT方钢管混凝土柱受剪承载力计算模型

为准确预测方钢管混凝土柱(square concrete filled steel tube,SCFST)受剪承载力,建立了基于修正压力场理论(modified compression field theory,MCFT)的SCFST受剪承载力计算模型.该模型通过力的平衡和变形协调考虑压弯剪耦合作用,结合对SCFST受剪承载力机制的分析,推导出了计算SCFST受剪承载力的一般公式.注意到SCFST在试验中出现了两种不同的剪切破坏模式,模型分别给出了相应的破坏判别条件.利用SCFST受剪承载力计算模型对收集到的17根试件进行计算,所得结果与试验值吻合较好.研究发现,SCFST受剪承载力计算模型不仅可以计算SCFST在压弯剪共同作用下的受剪承载力,而且可以对SCFST的破坏模式进行判断,结果可信,可用于SCFST受剪承载力计算.     

不锈钢管再生混凝土弯曲性能

进行12个不锈钢管再生混凝土试件和2个不锈钢管普通混凝土对比试件的试验研究,考察截面类型和再生骨料取代率对弯曲荷载作用下不锈钢管再生混凝土破坏形态、荷载-变形关系和受弯承载力的影响.结果表明,不锈钢管再生混凝土的弯曲性能与相应不锈钢管普通混凝土类似,但随着再生骨料取代率的增大,不锈钢管再生混凝土的受弯承载力有降低的趋势.在确定不锈钢和核心再生混凝土本构关系的基础上,利用基于有限元软件ABAQUS建立的理论模型对不锈钢管再生混凝土的弯曲性能进行了模拟,总体上模拟结果与试验结果吻合良好.     

方钢管混凝土柱承载力计算方法对比研究

分析了三种方钢管混凝土承载力计算的设计理论,即统一理论、叠加理论及拟钢理论,通过试验数据比较了基于三种理论的我国规范(规程)的承载力计算公式,并对各自的特点进行了研究.