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。     

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.     

混凝土柱承载力按砌体柱计算的不合理性分析

我国公路混凝土拱承载力计算通常将拱圈等效为梁柱后,按砌体柱公式计算承载力.通过混凝土柱和砌体柱轴压构件和偏压构件的破坏模式与计算方法进行对比分析,结果表明:混凝土柱的破坏模式、截面强度、偏心率折减系数、纵向弯曲系数与砌体柱均有所不同;混凝土柱截面强度采用砌体柱的强度计算将小于实际值;而混凝土柱纵向弯曲系数、偏心率折减系数均小于砌体柱.因此,混凝土偏压柱按砌体柱的计算方法计算将大于实际承载力,偏于不安全也不合理.混凝土柱的承载力应采用合理方法计算.     

圆端形钢管混凝土短柱偏压性能和破坏机理分析

文章通过ABAQUS有限元软件建立了圆端形钢管混凝土偏压短柱的数值分析模型,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。基于圆端形钢管核心混凝土等效本构模型,研究了偏心距、混凝土强度等诸多参数对圆端形钢管混凝土柱偏压性能的影响,揭示了其破坏模式;基于数值分析结果拟合出了圆端形钢管混凝土轴压力-弯矩相关曲线。研究结果表明,圆端形钢管混凝土短柱在偏压作用下的破坏模式主要表现为局部凹陷与两端鼓曲破坏和偏压转角过大破坏。在一定的偏心距范围内,圆端形钢管混凝土短柱的偏压轴向压力和最大弯矩随截面面积、钢材强度及混凝土强度的增大而增大,随偏心距和径厚比的增大而减小。研究结果可为建立圆端形钢管混凝土短柱设计理论提供参考。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

进行了7 个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的单向偏心受压试验,主要研究偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲。带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小。在相同偏心率下,试件延性随拉杆水平间距减小而增大。采用带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。同时,利用国内现有规程GJB4142-2000、DBJ13-51-2003以及CECS159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆矩形钢管混凝土偏压试件的承载力。     

RECFST构件抗弯性能和抗弯承载力计算方法

文章研究了圆端形椭圆钢管混凝土(round-ended elliptical concrete-filled steel tubular,RECFST)构件的受弯性能。基于有限元方法和圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型的等效计算方法,建立了纯弯作用下RECFST构件的数值分析模型,考虑了材料非线性、圆端形椭圆截面特征及复杂界面接触等问题;通过分析钢材强度、混凝土强度、径厚比及长短轴比等诸多参数在长、短轴方向上对RECFST构件抗弯承载力的影响规律,揭示了其破坏模式,提出了RECFST构件的抗弯承载力简化计算公式。研究表明,钢材强度越大,径厚比越小,RECFST构件的极限弯矩越大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计和应用提供参考。     

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.     

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.     

CFRP-钢管混凝土加固RC短柱偏压性能试验

通过8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆钢管自密实混凝土复合加固和4根圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土(RC)方形短柱的受压试验,研究了复合加固RC短柱偏压受力性能,分析了偏心距和CFRP层数对复合加固RC短柱的破坏形态、承载力、刚度和延性的影响.复合加固RC短柱的破坏形态包括端部混凝土的压碎、受压区钢管屈曲和CFRP断裂.加固试件表现出延性破坏特征,达到极限承载力后,仍具有一定的承载和变形能力.随着偏心距的增大,加固试件变形增大;偏心距为20,40和60 mm的试件极限承载力平均降低幅度分别约为25%,37%和42%.随着CFRP层数的增加,加固试件变形减小,延性降低;CFRP层数为1和2的试件极限承载力平均提高幅度分别约为16.2%和39.8%.     

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.     

粘贴BFRP布约束钢筋混凝土柱轴心抗压试验研究

为了研究圆柱在不同的FRP种类和层数下的破坏特征和力学性能,进行21根FRP约束加固钢筋混凝土圆柱,其中9根BFRP、9根CFRP包裹和3根钢筋混凝土圆形截面短柱的轴心抗压试验,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析。研究结果表明:两种纤维布加固后的钢筋混凝土短柱的承载力有明显提高,CFRP的承载力比BFRP的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好。采用纤维布约束加固钢筋混凝土柱后力学性能有明显改善。     

CFRP-钢管-CFRP复合钢管约束海砂混凝土短柱轴压试验

以钢管壁厚、钢管屈服强度、碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)层数和位置、混凝土强度等为研究参数,进行19根CFRP-钢管-CFRP复合钢管约束海砂混凝土短柱的轴压试验,分析试件破坏模式、荷载-应变曲线、结构承载力等,并讨论现有算法对承载力计算的适用性.研究结果表明：内外壁CFRP与钢管的组合对核心混凝土有良好的复合约束作用,可大幅提高结构承载力;钢管内外壁张贴CFRP后,其结构破坏模式由剪切破坏变为腰鼓破坏;钢管最先开始屈服,CFRP层数决定纤维布的断裂宽度和分布;荷载-应变曲线在强化阶段呈明显线性上升特性,二次刚度由CFRP层数决定;与外壁张贴CFRP试件相比,内壁张贴CFRP试件的结构承载力更大.     

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。     

碳纤维约束高强混凝土柱轴压力学性能试验

进行了对C40-C60强度等级下46个混凝土短柱包裹不同层数CFRP布后的轴心受压试验研究。通过对试验结果的比对,研究了轴压短柱中CFRP布包裹加固中不同混凝土强度等级对以及不同CFRP布包裹层数对短柱轴压性能的影响,并从材料微观角度对加固效果的影响因素作出分析。     

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.     

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压承载力特性

采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用基于纤维模型法的非线性分析程序对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱进行参数分析的结果表明,随着约束拉杆间距的减少、直径的增大,偏压短柱的极限承载力增大;随着钢管壁厚的增大,偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线往内收拢;随着混凝土强度和钢材强度的提高,偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线向外凸出;双向偏压短柱的极限承载力在最大主惯性轴方向达到最大,在最小主惯性轴方向达到最小;各参数对单向偏压和双向偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线的影响相类似。     

混凝土强度对CFRP条带约束钢筋混凝土柱力学性能的影响

结合纤维材料的高抗拉性能和混凝土的高抗压性能,将碳纤维增强复合材料CFRP(Carbon FibreReinforced Polymer)与混凝土结合在一起组成CFRP条带约束钢筋混凝土柱（简称组合柱）,可以大大提高柱的受力性能.为了研究混凝土强度对组合柱力学性能的影响,借助有限元软件ABAQUS对18根混凝土强度分别为C30、C40、C50的组合柱进行了数值模拟.结果表明：组合柱的极限承载力随着混凝土强度的增加而增加,但当混凝土强度超过C40时,组合柱的极限承载力虽然会继续增加,但是增加的幅度逐渐减小,若继续增加混凝土的强度,组合柱的极限位移也会减小,于是组合柱的延性降低,脆性增加,容易发生破坏;增加CFRP条带层数可使组合柱的延性明显增强,但是会使极限承载力的增加幅度减小;混凝土强度愈高,组合柱的滞回曲线愈发饱满,抗震能力愈强.基于模拟结果建议选用强度为C40的混凝土与CFRP条带结合在一起组成CFRP条带约束钢筋混凝土柱,这样可使组合柱既有较高的极限承载力,又有较好的抗震性能.     

CFRP-PE-不锈钢筋混凝土短柱的设计方法研究

进行了17个CFRP-PE-不锈钢筋混凝土短柱和8个对比试件的轴压试验,探究不锈钢种类、箍筋间距、CFRP厚度、PE厚度对该类组合柱的破坏模态、荷载-应变曲线、极限应变、极限承载力、延性的影响规律.试验结果表明：在CFRP和混凝土间设置PE垫层能提高该类组合短柱的延性和变形能力,并降低其承载力;增大CFRP厚度可提高其承载力和极限应变,但试件表现出增大的脆性;减小箍筋间距或增大钢筋强度可显著提高其承载力、峰值应变和延性.建立了有限元模型,有限元分析表明：增大PE厚径比会显著提高该类组合短柱的变形能力和延性,并降低CFRP对其承载力的影响;增大配箍率、不锈钢强度、CFRP抗拉强度、CFRP厚度可提升该类组合短柱的极限应变与承载力;提高混凝土强度会提高该类组合短柱的峰值承载力,但降低其极限应变.最终建议了该类组合短柱的延性设计方法、承载力模型和极限应变模型.     

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。     

新型BFRP布约束RC柱轴心抗压试验研究

进行21根FRP布约束加固RC圆柱（9根BFRP布包裹、9根CFRP布包裹和3根RC圆形截面短柱）的轴心抗压试验,研究了圆柱在包裹不同的FRP布种类和层数下的破坏特征和力学性能,对横向应变、柱截面的应变和极限承载力等进行了分析.结论是：两种纤维布加固后的RC柱的承载力有明显提高,CFRP布的承载力比BFRP布的高,但差别不大;同时延性也有不同程度的提高;CFRP布的应变比BFRP布的大;包裹层数越多加固效果越好.结论：采用纤维布约束加固RC柱后力学性能有明显改善.这一结果为BFRP的进一步研究提供理论基础,并可用于指导工程实践.