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...     

局部锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

钢管混凝土(CFST)在服役环境中被腐蚀,导致其钢结构承载力降低,严重威胁到结构的服役性能和使用寿命。首先,采用机加工车铣方法制作模拟局部锈蚀的人工缺陷,然后以钢管外表面局部环向贯通锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、锈蚀外表面面积损失率(简称锈蚀面积损失率,下同)为试验参数,对45根局部锈蚀圆CFST短柱试件进行轴压承载力试验;其次,分析锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、面积损失率和壁厚损失率对锈蚀试件承载力、刚度和延性的影响,揭示锈蚀CFST试件破坏机理和承载力退化机制;最后,针对局部锈蚀圆CFST短柱构件轴压承载力提出一个简化实用计算公式。研究结果表明：各试件具有类似的破坏特征,主要呈明显的腰鼓状破坏,且发生在锈蚀区;随着锈蚀钢管体积损失率增大,锈蚀CFST柱的承载力、刚度和延性均出现不同程度的降低;在锈蚀钢管体积损失率和面积损失率相同的情况下,就局部锈蚀位置影响而言,中部影响最大;就锈蚀程度表征参数影响而言,锈蚀钢管体积损失率影响最大,面积损失率次之,壁厚损失率最小;本文提出的简化实用公式可为圆钢管混凝土构件全寿命设计提供参考依据。     

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。     

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.     

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。     

带初始缺陷的不锈钢方管短柱力学性能研究

通过对9个不同初始缺陷和不同宽厚比的不锈钢方管短柱进行轴压力学性能试验,分析了初始缺陷裂缝长度和宽厚比对试件轴压承载力和破坏模式的影响,得到了荷载—位移曲线、荷载—应变曲线以及应变强度分布曲线。研究结果表明:初始缺陷使不锈钢方管短柱局部屈曲时伴随着新裂缝的产生;不锈钢方管短柱的轴压承载力随宽厚比的增大而减小,随初始缺陷长度的增大而减小;初始缺陷对试件轴向刚度下降速率和延性基本无影响,初始缺陷对试件轴压承载力的影响随宽厚比的增大而增大;初始缺陷裂缝处底部的应变强度大于端部,底部的应力集中是导致柱原有裂缝继续延伸的一个主要因素。     

钢管混凝土短柱轴压承载力计算模型误差及算法

为了进一步提高钢管混凝土短柱轴压承载力计算的准确性,文章收集和整理了国内外562个钢管混凝土短柱轴压承载力试验数据,采用相关规范中轴压承载力计算模型对562个试验试件进行计算并分析了规范计算模型的误差,在规范计算模型误差分析的基础上,引入混凝土轴心抗压强度提高系数β_sc,提出了钢管混凝土短柱轴压承载力建议计算公式。结果表明:相关规范中轴压承载力计算模型在计算钢管混凝土短柱轴压承载力方面具有较高的准确性,计算模型误差平均值在0.775～1.310之间,但规范计算模型的理论计算值相比于试验值多数偏高;文中所提出的建议计算公式能够准确地计算钢管混凝土短柱轴压承载力且其误差大于1的占比超过80%。     

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.     

钢板笼约束混凝土短柱轴压承载力分析

为了研究新型结构构件钢板笼混凝土短柱的轴心受压承载力,在已有受约束混凝土本构关系基础上,根据箍筋约束混凝土的拱作用原理,对钢板笼套箍约束混凝土承载力进行分析,推导出钢板笼混凝土轴压短柱的承载力公式,并将计算结果与试验数据进行对比.研究结果表明:钢板笼对混凝土的横向约束与钢管混凝土相似,纵向连接成角钢约束力强,模型计算结果和试验数据吻合较好.     

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.     

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。     

不锈钢焊接箱形截面短柱轴压局部稳定性能

设计并加工了7个奥氏体型S30408和6个双相型S22253不锈钢焊接箱形截面短柱试件,通过压缩材性试验得出了2种不锈钢板材的力学性能指标,同时量测了试件的几何初始缺陷和焊接残余应力分布形态.此外,在两端固接的约束条件下开展短柱轴压试验,得到了试件的局部稳定承载力和屈曲失效形态.试验结果表明,随着板件宽厚比的增大,其局部稳定承载力逐渐降低.采用ABAQUS建立考虑材料非线性和各向异性、几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对短柱轴压局部稳定性能进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性.得到的短柱试验结果和建立的有限元模型可以为焊接不锈钢构件稳定性能的研究提供参考.     

高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力计算

根据11根高强钢骨混凝土短柱的试验结果,分析了同时承受剪力、轴向压力和弯矩的高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力及型钢构件的极限承载力·根据试验及相关资料,分别对钢骨混凝土柱的不同破坏模式、传力机理及剪切强度进行了分析,并利用实测数据回归建立了高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力计算公式·试验结果表明该公式具有较高的精度,建议采用·     

卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法

为了研究卷边C形截面不锈钢短柱承载力的计算方法,基于直接强度法,构建了轴心受压和两端受弯矩作用的不锈钢短柱承载力假定模型.结合已开展的38根卷边C形截面不锈钢短柱试验结果,通过参数化有限元分析,对98根轴心受压和94根偏心受压短柱试件进行了数值模拟分析,拟合出适用于卷边C形截面不锈钢短柱承载力的直接强度法计算公式.将拟合公式计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明,拟合公式具有较高的精度,可以预测卷边C形截面不锈钢短柱的承载力.     

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.     

矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力多元线性回归分析

矩形钢管混凝土短柱在轴压力作用下,由于钢管和核心混凝土之间的约束力比较复杂,导致理论推导其极限承载力较为困难。在大量试验数据的基础上,利用EXCEL2000软件的强大回归功能,采用多元线性回归的方法得出矩形钢管混凝土短柱极限承载力计算公式,为矩形钢管混凝土极限承载力的预测提供了一种简便可行的方法。     

中空夹层钢管混凝土柱轴压力学性能分析

在总结已有中空夹层钢管混凝土柱的特点的基础上,提出了八边形中空夹层钢管混凝土柱.为探讨此类轴压短柱和长柱的力学性能,首先通过理论分析得出试件承载力、典型破坏形态以及荷载-应变曲线;然后进行系统的试验研究,得到的试验结果与理论结果符合较好,通过对试验现象的分析得出各自的力学特点以及承载力的影响因素;最后运用该理论模型对承载力影响因素进行了尺寸拓展,并结合数值模拟数据,对影响因素进行了回归,提出了合理的八边形中空夹层钢管混凝土轴心受压柱承载力计算公式,计算值与理论分析结果、试件结果均能较好符合.     

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。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面短柱承载力叠加法

基于中国规范GB 50018—2002中的有效宽度法和北美规范中的有效宽度法及直接强度法,利用已有的试验数据和文章中有限元参数分析结果,计算了66根通过ST4.8自攻螺钉将单肢C形及单肢U形截面构件连接而成的冷弯薄壁型钢（CFS）拼合箱形截面短柱局部屈曲的承载力. 理论值与试验和有限元值比较分析表明：中国规范GB 50018—2002和北美规范有效宽度法计算结果偏于保守,而北美规范直接强度法可以准确预测构件的承载力,但会存在不安全现象. 基于以上结果,给出了关于冷弯薄壁型钢拼合箱形截面短柱局部屈曲承载力的计算方法——叠加法,并提出了关于CFS拼合箱形截面轴压短柱的理论计算公式. 然后依据48根有限元试件的变参数结果,回归分析得出理论计算公式的组合系数α,得到计算拼合柱极限承载力的公式. 最后通过与试验数据及中美规范计算结果对比,验证了承载力叠加法的适用性与准确性,也为CFS拼合箱形截面短柱承载力的计算提供了简易的方法.     

空间钢构架—钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法

为了研究新型空间钢构架—钢管混凝土短柱的轴压极限承载力的计算方法,分析了空间钢构架—钢管混凝土轴压短柱的约束作用机理,在已有试验研究和有限元非线性分析的基础上,采用叠加法并考虑空间钢构架对钢管外混凝土的约束作用和钢管对核心混凝土的约束作用,建立了空间钢构架—钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,其计算值与试验值符合较好,可以较好地计算空间钢构架—钢管混凝土短柱的轴压极限承载力。