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。     

锈蚀圆钢管混凝土柱伪静力性能研究

目的研究酸雨对钢管混凝土构件的抗震性能影响.方法笔者设计了12根圆钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.分析轴压比和锈蚀程度对试件滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响规律.结果随着锈蚀程度的加深,滞回曲线不断捏拢,试件的侧向承载力、刚度、延性都不同程度的减小;同一锈蚀程度,随着轴压比的增大,试件承载力和延性都会增大.所有试件的延性系数和阻尼黏滞系数随锈蚀程度的增大明显减小,随轴压比的增大上下波动,增大趋势并不明显.结论利用ABAQUS对钢管混凝土的抗震性能进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证实了有限元模型的有效性和可行性.锈蚀程度对抗震性能的影响比轴压比的影响要显著.     

方、圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究与对比分析

文章对3个圆钢管和3个方钢管再生混凝土柱在定常轴力作用下进行了水平低周反复荷载试验,试验主要考虑再生骨料替代率、轴压比和钢管壁厚3个参数变化对柱抗震性能的影响。试验结果分析表明,随着再生骨料取代率的增大,钢管再生混凝土柱的水平承载力有所降低,延性和耗能能力略有下降;钢管壁越厚,水平承载力越大,延性和耗能能力也越高;随着轴压比的增大,水平承载力有所提高,延性和耗能能力降低。试验表明方、圆钢管再生混凝土柱都具有良好的抗震性能,对比分析发现,在截面面积和用钢量相近情况下,方钢管柱的水平承载力和刚度比圆钢管柱有较大提高,延性降低。     

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.     

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。     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

高温后方钢管全再生混凝土短柱轴压试验研究

为了研究不同冷却方式下高温后方钢管全再生混凝土短柱的轴压力学性能,设计制作9根短柱试件依次进行高温试验和轴心受压试验,探讨历经温度(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃)和冷却方式(自然冷却、喷水冷却)对轴压破坏形态、极限承载力、初始刚度、刚度退化及延性的影响。试验结果表明:试件最终破坏形态为钢管撕裂和钢管鼓曲斜压破坏;高温作用后试件极限承载力降低较为显著,但受自然冷却和喷水冷却的影响不明显;试件初始刚度随温度的升高而不断降低,喷水冷却作用对试件初始刚度有二次削弱;试件刚度退化曲线经历了平台段、快速下降段、平缓下降段、平稳段,冷却方式对试件刚度退化的影响不大;试件的延性随温度的升高呈先降低后升高的趋势,喷水冷却作用会降低试件的延性。     

CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的偏压受力性能

为了获悉碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)条带对带脱空缺陷圆钢管混凝土(concrete filled steel tube, CFST)短柱的修复加固作用,文章通过ABAQUS软件建立了偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的数值分析模型,并通过现有试验数据验证了模型的准确性,进而分析了偏心率、钢材强度、混凝土强度、径厚比、CFRP强度、CFRP包裹层数及脱空比等关键参数对偏压构件承载力、破坏模式等基本力学指标的影响规律。研究结果表明:偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的主要破坏模式包括钢管屈曲、CFRP断裂及混凝土压溃;CFRP条带包裹可以明显提高带脱空缺陷CFST短柱的承载力和延性;构件偏压极限承载力随着钢材强度、混凝土强度及CFRP包裹层数的增加而提高,随着脱空比、径厚比及偏心率的提高而降低。研究结果可为CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST柱的设计和应用提供科学依据。     

矩形中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能数值分析

相较于钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)构件,中空夹层钢管混凝土(Concrete Filled Double Skin Steel Tube,CFDST)构件具有延性好、自重轻和刚度大等技术优势。为探明CFDST短柱的内、外钢管的径厚比和内填混凝土强度对轴压性能的影响规律,采用试验验证的数值有限元分析方法,考虑内填混凝土约束效应,开展了短柱轴压性能各参数敏感性分析。结果表明,有限元模型采用韩林海提出的混凝土本构关系,能够准确的模拟试验结果。当内填混凝土强度和内钢管径厚比相同时,外钢管径厚比从30增加到60时,平均延性指标和承载力分别降低了23.6%和26.4%;内钢管使得CFDST柱的延性和承载力分别提升24.5%和18.6%;内填混凝土强度从45 MPa增大到75 MPa,CFDST柱的极限承载能力可提升18%以上。     

同含钢率钢管与配筋钢管混凝土柱的受力性能分析

为阐明含钢率对构件的力学特性的影响规律,基于有限元分析方法研究了配筋钢管混凝土（R-CFST）和钢管混凝土（CFST）短柱的轴压性能。首先建立了适合R-CFST的材料本构模型和分析方法并用既有的实验数据验证模型的可靠性,之后进行了36根6种不同含钢率的R-CFST和对应的CFST有限元分析,通过分析荷载-位移响应、承载力、单位面积钢材对构件承载力提高量和延性等指标,最终发现：当混凝土强度较低时,含钢率越低CFST的承载力和延性比同含钢率R-CFST高,但随着混凝土强度的提高,含钢率越大反而使得R-CFST的性能得以显著提高;单位面积R-CFST纵筋对承载力的贡献率都大于单位面积的CFST钢管的贡献率,而且随着混凝土强度的提高R-CFST的这种贡献更为明显;填充高强度混凝土时,R-CFST比CFST更有效。由此得出结论：CFST内配筋比增加钢管壁厚更有效,尤其是填充高强度混凝土时配筋的效果更为明显。     

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。     

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.     

矩形钢管混凝土键连接剪力墙框架柱的力学性能研究

目的研究矩形钢管混凝土键连接装配式混凝土结构框架柱和剪力墙的力学性能,分析不同参数对其影响,为该类结构连接提供设计依据.方法设计了19个采用矩形钢管混凝土键连接的墙柱试件,利用有限元方法模拟各试件在单调荷载加载下的受力过程,分析不同参数对荷载-位移曲线的影响.结果矩形钢管混凝土键连接墙柱的构件与现浇构件相比,延性很高,最大承载力较高,屈服荷载偏低;键的截面高度增加,构件承载力增加,初始刚度增加,延性系数不变;截面宽度增加,承载力增加,初始刚度不变,延性系数减小;键的长度增加,承载力基本不变,初始刚度减小,延性系数增加;混凝土强度对构件的抗剪承载力和初始刚度影响很小;键的纵向间距对构件的荷载-位移曲线几乎没有影响.结论矩形钢管混凝土键的截面高度是影响承载力的主要因素、长度是影响延性的主要因素.     

钢套法加固方钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对方钢管混凝土柱加固后的抗震性能进行了6根柱的低周反复荷载破坏试验,研究了外套钢套法和外包钢套法两种加固方法以及钢套壁厚、施焊和加固高度对加固效果的影响,分析了相应的加固机理。通过对试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、承载力及刚度退化系数等参数的分析可知:钢套法合理加固保证了混凝土柱"强剪弱弯"抗震延性设计目标,其破坏形态均表现为压弯破坏;外套钢套法加固提高柱的承载力作用有限,但极大提高了混凝土柱的延性性能,使其抗震性能明显提高;外包钢套法加固显著提高了混凝土柱的承载力、刚度,使其延性性能有所改善,抗震性能显著提高。     

高温后方钢管高强混凝土轴压短柱试验研究

为了研究高温后方钢管高强混凝土短柱的受力性能,以温度及混凝土强度为变化参数,设计了15个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和破坏形态,分析了其荷载—轴向位移曲线,研究了各个参数对高温后方钢管高强混凝土短柱的力学性能的影响,并探讨了引入材料强度折减系数后已有规范对构件承载力计算的可行性。研究结果表明:高温后方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式为剪切破坏和腰鼓破坏两种,温度低时倾向于发生剪切破坏,温度较高时易发生腰鼓破坏;温度在400℃以下时试件的承载力和轴压刚度变化不大,超过400℃时承载力和轴压刚度迅速降低,温度从常温升至200℃、400℃、600℃、800℃时,试件承载力分别为常温试件的101%、105%、76%、54%,其轴压刚度分别为常温试件的97%、96%、62%、51%;极限承载力随混凝土强度等级的提高而增大,混凝土等级从C60提高至C70及C80时,平均极限承载力分别提高7%和12%。延性系数随温度的升高经历先减小后增大的变化过程,温度为400℃时延性系为常温试件的92%,800℃时为123%,混凝土强度对试件的延性系数影响并无明显规律。引入折减系数后我国规程DBJ 13-51-2003及日本规程AIJ(1997)的计算值与试验值吻合较好。     

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...     

加劲型方钢管混凝土柱双向偏压力学性能研究

目的研究加劲型方钢管混凝土柱在双向偏心荷载作用下的力学性能,为实际工程的应用与相关试验研究提供理论依据.方法在有限元验证的基础上,研究加劲肋厚度、偏心距、偏心角以及长细比的变化对于试件承载力、抗弯刚度、延性的影响.结果在双向偏心荷载作用下,试件腔体内有加劲型与无加劲肋的钢管混凝土柱均发生挠曲变形;随着加劲肋厚度的增加,承载力逐渐提高,但提高幅度逐渐逐渐减小,且延性逐渐降低;随着偏心距的增大,试件承载力及刚度大幅度降低;改变偏心角对于承载力、刚度及延性几乎无影响;增加长细比使得试件由强度破坏逐渐变为失稳破坏,承载力与刚度均下降,但延性增加.结论加劲型钢管混凝土柱在双向偏心荷载作用下具有足够的安全储备,延性满足抗震要求.     

圆端形钢管混凝土轴压短柱的机理分析

基于有限元软件ABAQUS对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行分析.分析表明:圆端形钢管对核心混凝土的约束效果介于圆钢管和矩形钢管之间;钢管对核心混凝土的约束作用主要分布于圆弧段;圆端形钢管混凝土柱的承载力、峰值应变和延性均介于圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱之间;圆端形钢管混凝土构件承载力和延性随着钢管强度、含钢率、加劲肋厚度和加劲肋数量的提高而提高;随着混凝土强度的提高,其承载力提高但延性下降.     

带脱空的钢管混凝土短柱受剪性能有限元分析

基于合理的材料本构模型和边界条件,考虑外钢管与核心混凝土之间的组合作用,建立带脱空的钢管混凝土(CFST)短柱在压剪受力状态下的有限元分析模型(FEM).研究脱空率、剪跨比和轴压比对试件受剪性能的影响,提出考虑脱空率及轴压比影响的带脱空钢管混凝土受剪承载力简化计算模型.结果表明:脱空削弱了CFST柱在弹塑性工作阶段的受剪性能,且降低了其抗剪承载力;随着剪跨比增加,脱空对试件在纯剪及压剪作用下的抗剪承载力影响降低;当脱空率小于0.2%时,随着轴压比的增加,试件抗剪承载力线性增长.     

环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响

为研究环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响,通过环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的偏压试验,研究环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的承载能力、延性和破坏模式.结果表明:随着偏心率的减小,钢管局部屈曲的发生时刻提前,试件的延性减小;环向均匀脱空试件的初始刚度与无脱空试件的初始刚度基本相同;混凝土压溃位置与钢管局部屈曲位置基本一致,压溃程度随偏心率的减小而增大,与无脱空试件相比,环向均匀脱空试件的混凝土破碎更加严重;偏压试件的受拉裂缝近似沿中截面对称分布,裂缝长度和宽度随偏心率的减小而减小;无脱空和环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱承载力计算公式与实测结果吻合良好.