圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究煤矸石粗骨料不同取代率下的圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的关键影响因素,提出承载力简化计算式,为其工程应用提供理论指导。方法 通过ABAQUS建立圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱有限元模型,验证模型可靠性,并研究试件的破坏模态、应力分布与荷载分配;在此基础上分析试件在不同取代率下含钢率、钢材屈服强度、混凝土轴心抗压强度对钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响。结果 不同取代率下,含钢率由4.04%到10.25%、混凝土轴心抗压强度由20 MPa到40 MPa、钢材屈服强度从345 MPa到460 MPa,使构件承载力分别平均提升41.09%、40.72%、12.90%;煤矸石粗骨料100%取代率下构件的轴压承载力下降幅度低于16%。结论 圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱较普通混凝土柱仍具有较高承载力;不同取代率下含钢率、混凝土轴心抗压强度对试件的轴压承载力影响较为显著;引入煤矸石取代率影响系数的轴压承载力简化计算式与试验值的平均误差率小于6%,可供工程应用参考。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱承载力试验研究

参照普通混凝土配合比设计方法,按照再生粗骨料掺入量0、25%、50%、75%和100%制作了长径比为4.0、径厚比为20.75的共五组15个试件,进行轴心受压试验,研究不同再生粗骨料取代率对圆钢管再生混凝土短柱承载能力的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱的轴压破坏形态与钢管普通混凝土柱相似,钢管再生混凝土柱的实测弹性极限荷载比钢管普通混凝土柱低,且随再生粗骨料取代率的增加而降低,和再生粗骨料取代率成反比关系。在掺入量合适的情况下,圆钢管再生混凝土柱应用实际是可行的。     

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.     

空心圆钢管混凝土轴压短柱有限元分析

目的通过研究找到最适合空心钢管混凝土轴压短柱的混凝土本构关系模型.方法选取6种常用的混凝土本构关系模型,结合已有试验结果,应用有限元软件ABAQUS建立模型进行验证,找出适合的混凝土本构关系.改变钢材强度、钢管壁厚、混凝土强度、空心率等参数,研究不同参数对混凝土力学性能影响.结果随钢管屈服强度、钢管壁厚和空心率的增大,混凝土分担的荷载减小;随混凝土强度的提高,混凝土分担的荷载增加.对于空心钢管混凝土轴压短柱,μ_e0.24时,其混凝土本构关系可采用改进后的模型MC7;0.24≤μ_e≤0.35时,可采用模型MC6;μ_e0.35时,可采用模型MC1或MC2.结论采用改进后混凝土本构关系的空心钢管混凝土轴压短柱有限元分析结果与试验结果吻合良好.     

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。     

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。     

圆钢管混凝土轴压短柱对比试验研究

为了综合比较各类圆钢管混凝土的轴压力学性能,共设计了4种截面形式的圆钢管混凝土短柱试件,包括圆实心钢管混凝土(圆实心)、内外钢管均为圆形的中空夹层钢管混凝土(圆套圆中空夹层)、外圆内方的中空夹层钢管混凝土(圆套方中空夹层)、内外钢管均为圆形的复式钢管混凝土(圆套圆复式),对其轴压力学性能进行了对比试验研究。结果表明:复式钢管混凝土的力学性能最优,具有较高的承载力和轴压刚度;圆套方中空夹层钢管混凝土短柱的力学性能与实心钢管混凝土短柱接近,而圆套圆中空夹层钢管混凝土短柱的后期延性要稍差一些;实心钢管混凝土短柱和复式钢管混凝土短柱外钢管横向应变的发展要快于中空夹层钢管混凝土短柱;外钢管对中空夹层钢管混凝土短柱中夹层混凝土的约束作用要比对实心钢管混凝土短柱中的核心混凝土弱,内管截面形式对夹层混凝土所受约束效应程度的影响不大。最后,利用ABAQUS软件对4类圆钢管混凝土轴压短柱的轴力-应变曲线进行模拟,计算结果与试验结果接近。     

薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱轴压力学性能

目的研究薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱的受力机理和力学性能,为钢管再生混凝土中长柱轴心受压设计提供理论依据.方法以截面含钢率、再生块体取代率和长细比为试验参数,设计了12根薄壁圆钢管再生混凝土混合中长柱,并对其破坏形式和特征、荷载-跨中挠度曲线、荷载轴向位移曲线以及承载力的敏感影响因素进行深入的研究.结果试验结果表明:当块体取代率由20%增至60%时,试件的极限承载力有一定程度的下降,延性无明显变化;当含钢率由0.038增至0.079时,其后期承载力提高约30%;当长细比由25增至35时,试件的极限承载力有所下降,但下降幅度不明显.结论含钢率能够明显提高试件的极限承载力和延性,再生块体取代率、长细比对承载力和延性的影响较小.     

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的承载力及可靠度分析

为了探求一个合理的设计公式来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限强度,完成了包含13个短柱试件在内的轴心受压试验以研究该类柱在轴压下的破坏模式和极限强度．试验结果表明,在荷载作用下,直到荷载接近极限值时,柱中钢管、纵向钢筋以及混凝土三者之间的纵向应变基本上是协调的,计算结果与试验结果吻合良好,因此可以采用叠加原理来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限承栽力．此外,分析了该极限承载力计算公式的可靠度水平．分析结果表明,该承载力计算满足GB50068—2001对构件可靠指标的要求．     

圆钢管UHPC短柱轴压承载力与变形能力计算模型

根据力的平衡和变形协调,推导出钢管折减系数和核心混凝土增强系数的解析表达式,研究圆钢管约束对超高性能混凝土(UHPC)轴压强度的增强作用和环向应力对圆钢管轴压强度的折减作用;建立圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算模型,并与已有的规范方法进行比较;基于Mander模型,根据横向约束等效原则,建立圆钢管约束UHPC单轴受压本构模型,并利用理想弹塑性模型建立能够考虑环向应力影响的圆钢管单轴受压本构模型,实现对圆钢管UHPC短柱轴压受力全过程的模拟,并与试验结果进行比较。研究结果表明:与规范方法相比,承载力模型能够更好地兼顾计算精度和可靠度;利用变形能力计算模型得到的全过程荷载-位移曲线与试验结果较吻合。     

薄壁圆钢管约束陶粒混凝土短柱轴压性能研究

为了研究薄壁圆钢管约束轻骨料混凝土柱的轴心受压性能,设计制作4根薄壁钢管约束陶粒混凝土短柱试件,以核心陶粒混凝土强度、钢管壁厚为变化参数,通过单调静力加载试验,测试其受力过程及破坏形态、位移、钢管应变,研究陶粒混凝土强度、套箍系数对承载力和变形能力的影响规律.结果表明,径厚比为80和125、套箍系数小于0.5的薄壁钢管...     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

圆钢管粉煤灰混凝土短柱轴压试验的数值模拟

基于圆钢管粉煤灰混凝土短柱的轴压试验结果,经过回归分析和反复试算,提出了一种适用于有限元法分析的约束粉煤灰混凝土本构关系模型,并通过有限元法分析验证了其有效性.结果表明,所提出的模型不仅适用于圆钢管粉煤灰混凝土的有限元法分析,而且对普通圆钢管混凝土也具有较好的模拟效果.     

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.     

圆钢管橡胶混凝土柱轴压性能研究

为了进一步在实际工程中推广应用橡胶混凝土,进行了六根圆钢管橡胶混凝土柱和三根圆钢管普通混凝土柱的轴压性能试验。分析了混凝土强度、橡胶颗粒掺量对钢管混凝土柱轴压性能的影响,并与普通钢管混凝土柱进行了对比。试验结果表明:随着混凝土强度的增加,钢管橡胶混凝土短柱的承载力不断提高,延性逐渐减小;随着橡胶颗粒掺量的增加,钢管橡胶混凝土短柱的承载力不断提高,延性逐渐提高。     

带圆钢管劲性高强混凝土轴压短柱试验研究

介绍了包括带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱、钢管高强混凝土短柱以及普通高强混凝土短柱在内共13个试件的轴心受压试验,主要研究了带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的破坏特征、延性和极限承载力.研究结果表明,核心圆钢管的存在,改善了高强混凝土短柱的轴压性能;短柱中的混凝土与钢管能够共同工作直到破坏,其极限强度可以用叠加原理计算.     

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.     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

为研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,开展了10个圆钢管再生混凝土柱试件的拟静力试验.观察试件的破坏形态,获取滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标.在试验研究的基础上,结合课题组给出的不同取代率下核心再生混凝土的受压本构关系,采用有限元软件ABAQUS对试件的抗震性能进行分析.研究结果表明:试件的破坏形态与普通圆钢管混凝土柱相似,圆钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎;试验实测的滞回曲线饱满,骨架曲线完整,计算得到的滞回曲线和骨架曲线与其吻合较好,采用本文所建立的ABAQUS有限元模型对圆RACFST柱进行抗震性能分析是可行的.