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.     

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.     

方钢管橡胶混凝土短柱的轴压力学性能试验

为了研究钢管橡胶混凝土柱的轴压力学性能,对8个方钢管橡胶混凝土短柱进行轴压试验;探讨橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对其力学性能的影响,给出了方钢管橡胶混凝土轴压承载力计算公式.结果表明:随着橡胶粉体积取代率的增加,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度均有下降的趋势;随着橡胶粉粒径的增大,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度也有所下降;由本文给出的轴压承载力计算公式所得到的计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测方钢管橡胶混凝土的截面强度.     

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

为研究钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱的轴压力学性能,完成了10根钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压试验,重点考察高钛矿渣砂取代率对其力学性能的影响。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。     

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.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

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。     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

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.     

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.     

内置高强钢管的圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究

开展了12根内置高强钢管的圆钢管混凝土柱的轴压试验,考察了内钢管屈服强度、内外钢管净距、内钢管取钢率、废旧混凝土块体取代率等因素对柱轴压性能的影响。研究表明:在总用钢量基本不变的情况下,通过适当减薄外钢管并在其内部设置高强内钢管,可使圆钢管混凝土柱的轴压承载力明显提高,同时柱的初始刚度也有所提高;适当增大内外钢管净距,可使柱的轴压承载力进一步增大;内钢管取钢率的改变以及废旧混凝土块体的采用,对该类柱的轴压行为影响不大;针对该类柱提出的改进的轴压承载力计算方法具有很好的预测精度。     

矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱轴压极限承载力研究

以矩形钢管截面长宽比(1、1.5、2)、含钢率(11%、16%)、陶粒混凝土中膨胀剂掺量(12%、16%)为设计变量,制作了12组(每组2根)矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱试件,进行轴压承载力测试。然后利用试验数据对几种常见的钢管混凝土承载力计算公式进行对比分析,并在统一理论公式的基础上提出了计算矩形钢管微膨胀陶粒混凝土短柱轴压承载力的修正公式。试验结果表明,试件的弹性极限可以达到其极限荷载的90%左右,同时试件表现出较明显的套箍效应,其承载力提高系数随截面长宽比的增大而减小,随含钢率的提高而增大,并且膨胀剂掺量为12%时的承载力提高系数较大。修正公式的计算结果与试验结果吻合较好,并且其更适合于工程实际应用。     

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较.同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律.结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大.     

高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能研究

为揭示高温喷水冷却后钢管高强混凝土的轴压性能,以历经温度、冷却方式、恒温时长和混凝土强度等级为变化参数,设计了20个钢管高强混凝土短柱试件,进行高温喷水冷却后的静力单调轴心受压试验.观察高温喷水冷却后试件及试块的表观变化和破坏形态,分析各变化参数对高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能的影响规律,给出了极限承载力计算公式.研究结果表明:随着历经温度的升高,钢管试件表观由浅褐色转变为黑色,试块由青色转变为灰白色;钢管试件极限承载力先升高后降低,而试块承载力逐步降低;钢管试件的力学性能指标随恒温时长的增加呈波动式增长的变化趋势;喷水冷却可以提高试件的力学性能;混凝土强度等级越高的试件力学性能指标表现越好;基于中国规范提出的高温喷水冷却后钢管高强混凝土柱轴压极限承载力计算公式有较好的适用性.     

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.     

高强冷弯钢管混凝土轴压短柱力学性能非线性有限元分析

采用ABAQUS有限元软件对高强冷弯钢管混凝土轴压短柱的荷载变形曲线进行有限元分析,探讨钢材强度、宽厚比、长宽比参数对高强冷弯钢管混凝土轴压短柱承载力的影响.基于实验分析过程,对27根试件有限元模拟的结果采用非线性回归的方法,得出了随着宽厚比和长宽比的提高,钢管混凝土短柱的承载能力相应提高,随着钢管混凝土强度的提高而导致其对核心混凝土的约束能力增高,从而使整体承载能力提高.同时推导出高强冷弯钢管混凝土轴压短柱承载力的实用计算公式,以供实际工程参考.     

钢管再生混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为了研究压弯荷载作用下钢管再生混凝土组合柱的力学性能,以再生粗骨料取代率、偏心距、含钢率和长细比为参数,设计了16根组合柱试件进行轴心受压和偏心受压试验.研究结果表明:钢管再生混凝土组合柱偏压破坏过程和承载性能与普通混凝土的相似,受再生粗骨料取代率的影响不大;与轴压试件相比,偏压试件的初始刚度、极限承载力和变形能力减小;钢管含钢率增加或长细比减小,试件的抗弯刚度和极限承载力提高.试验结果分析基础上,建议采用能够考虑钢管作用以及对核心混凝土约束作用影响的计算方法进行压弯承载力设计.     

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。     

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...     

圆实复式钢管混凝土柱轴压承载力研究

运用统一强度理论,考虑内、外钢管对内层混凝土的双重约束作用以及钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响,得出了圆实复式钢管混凝土柱轴压极限承载力的计算公式,给出了较为合理的受力和破坏机理的理论解释,并分析了中间主应力等因素对极限承载力的影响规律,极限承载力随着参数b值的增大而增大。所得结果与文献试验结果进行对比,吻合较好,验证了运用统一强度理论进行实复式钢管混凝土柱轴压力学性能分析的可行性和正确性。