钢管高强混凝土偏压柱性能与承载能力的研究

本文介绍了两种长细比、五种偏心率共12个钢管高强混凝土偏压柱试件(f_()cu=88.5MPa)的试验研究工作。研究表明,具有较高套箍指标的钢管高强混凝土偏压柱的性能与普通钢管混凝土相似,但当偏心率大于1时钢管高强混凝土的承载能力衰减得较快。为了充分利用高强混凝土的强度,应控制钢管高强混凝土柱子的偏心率小于1,这样普通钢管混凝土承载能力偏心率影响折减系数φ_e的计算公式也适用于钢管高强混凝土偏压柱。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究

为研究钢骨-钢管混凝土组合柱在偏心荷载下的力学性能,进行了13根组合柱的偏心受压试验,研究了钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的荷载-变形关系曲线、宏观变形特征和破坏形态,分析了偏心率、长细比、套箍系数和配骨指标对偏压组合柱力学性能的影响。研究结果表明:内置钢骨能延缓甚至阻止核心混凝土中剪切斜裂缝的开展,可有效提高偏压组合柱的极限承载力和延性;在整个加载过程中,钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱中截面纵向应变沿截面高度的变化基本符合平截面假设,且偏压长柱的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的极限承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而提高。     

钢管再生混凝土偏压柱受力性能及承载力计算

为了研究钢管再生混凝土偏压柱的受力性能,设计15个试件进行静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。观察试件的破坏形态,获取试件受力的全过程曲线,给出截面应变的分布情况,分析各变化参数对钢管再生混凝土偏压柱受力性能的影响,利用相关理论方法计算钢管再生混凝土偏压柱的极限承载能力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压柱与普通钢管混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,钢管最终表现为鼓曲破坏;钢管再生混凝土偏压柱具有较高的承载能力和良好的变形性能;偏心距、长细比对钢管再生混凝土偏压柱的受力性能影响显著,而再生粗骨料取代率对其影响不大。     

钢管混凝土偏压柱的性能和强度计算

本文报导了51根钢管混凝土偏压柱的试验结果,其柱端偏心率(e_o/r_c)从0到1.3,长细比(L/D)从4到22。试验表明,钢管混凝土柱的极限强度随偏心率和长细比的增加而显著降低。极限承载能力的总折减系数可表达为由于长细比影响的折减系数和由于偏心率影响的折减系数的乘积。经用极限分析理论的定理证明和实验结果校核,计算公式是合理的,计算结果与本文的和其它文献上的试验结果都很接近。     

偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能有限元分析

为了研究偏压矩形钢管再生混凝土柱的抗火性能,建立了火灾下柱温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了模型的有效性。研究了长细比、荷载比、截面周长以及偏心率对偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的影响。结果表明:有限元模拟的温度场和力学场与实验结果总体符合。长细比、荷载比和截面周长是影响偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的主要因素。长细比越大耐火极限越小而膨胀变形越大,荷载比越大耐火极限越小且膨胀变形越小,截面周长越大耐火极限越大且膨胀变形越大。偏心率对耐火极限和膨胀变形影响较小。     

波形钢板钢管混凝土柱试验研究

进行了以长细比和偏心率为参数的共22根波形钢板钢管混凝土柱的试验。对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力、柱肢钢管和波形钢板的应变等进行了分析。试验结果表明,波形钢板钢管混凝土柱的受力性能与钢管混凝土格构柱相近,随着长细比与偏心率的增大,波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力显著降低,而长细比和偏心率对其极限承载力的影响基本上是相互独立的,可采用双系数乘积公式计算。波形钢板钢管混凝土柱应考虑剪切变形对极限承载力及挠曲变形的影响,但由于波形钢板抗剪刚度要大于钢管混凝土格构柱的缀管,因而其剪切变形所引起的附加挠度对极限承载力的降低影响较钢管混凝土格构柱小。在实腹式截面杆件稳定荷载计算的基础上,提出了考虑剪切变形影响的波形钢板钢管混凝土柱稳定系数的计算方法。     

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。     

波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力

提出了波形钢板钢管混凝土柱的有限元分析方法,采用正交异性板来模拟波形钢板。应用ANSYS通用程序对算例进行了分析,并应用有限元方法分析了偏心率、长细比2个主要参数对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响。结果表明:可采用稳定折减系数和偏心率折减系数相乘的计算公式来考虑二者对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响,其中偏心率折减系数可采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28:90)的计算公式;稳定折减系数应将换算长细比乘以考虑柱肢的钢材型号和混凝土强度等级的材料修正系数,然后采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ 01—89)的稳定系数计算方法。     

方钢管混凝土柱受力性能研究

以含钢率、长细比、材料强度为主要参数,利用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱在轴力和水平荷载作用下进行了非线性有限元计算,研究表明：方钢管混凝土柱达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,其受力性能明显优于空钢管试件和钢筋混凝土试件。     

方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力研究

运用统一强度理论,考虑中间主应力及钢管对混凝土的约束作用,在研究轴心受压承载能力的基础上,引入偏心率和长细比对柱承载力的影响,同时用厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数对承载力进行折减,在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上得出了方钢管-钢骨混凝土柱偏压极限承载力的计算公式。与有关文献试验结果进行了比较,吻合较好,验证了公式的正确性及可行性。结果表明:该公式有较强的适用性,为方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考。     

偏心荷载作用下细长型高强钢管混凝土柱的防火性能

对受偏心轴向荷载作用、分别填充普通混凝土和高强混凝土的细长型圆钢管柱进行24组防火试验。此试验是对Romero等人在2011年所做的中心荷载柱的试验结果的进一步探讨。此防火试验中的试验参数涵盖了混凝土标准强度(30MPa和90MPa)、填充类型(普通混凝土、钢筋混凝土和钢纤钢筋混凝土)、轴向荷载水平(20%和40%)和荷载偏心(20mm和50mm)。在固定的边界条件下对室内温度下相对长细比高于其他样本0.5的柱进行试验。研究这种内填混凝土组合件偏心荷载的影响。试验结果显示,与填充普通混凝土的柱相比,添加钢纤维并不能提高细长型柱在偏心荷载下的防火性能。然而,在混凝土柱中添加钢筋则可以提高防火性能。在中空圆钢管中填充混凝土可以提高其防火性能,钢管高强混凝土柱在承载力方面有更明显的提升。与欧洲规范4-1-2中的简易计算模型相比较,尽管此方法可用于偏心荷载作用下的柱,但在预测内填普通混凝土柱和钢纤维钢筋混凝土柱时仍会产生较大的误差。     

圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和长细比等诸多参数进行了系统分析,评价了各参数对圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压承载力的影响,揭示了其破坏模式。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的承载力随着混凝土强度和钢材强度的增大而增大;随着偏心率、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。最后,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压作用下的承载力设计方法。研究结果将为建立圆端形椭圆钢管混凝土结构的设计和应用提供参考。     

偏心荷载作用下高强钢管混凝土柱的试验研究

偏心荷载作用下,对普通和高强钢管混凝土细长柱进行了37组试验。试验参数包括:混凝土名义强度(30,70及90MPa)、径厚比D/t、偏心率e/D及长细比L/D。将每组试验的极限荷载与欧洲规范4中设计承载力对比,规范规定的混凝土强度为50MPa。通过对比3个性能指标:混凝土贡献率、强度指标及延性指标,确定采用高强混凝土替代普通混凝土的可行性。结果表明:高强混凝土尽管不能提高承载力但能提高延性性能,高强混凝土在此方面是有效的。     

火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱承载力分析

对带肋薄壁方钢管混凝土柱在火灾下的承载力进行了分析,考察了各重要参数对构件承载力影响系数的影响。结果表明:在火灾作用下,带肋薄壁方钢管混凝土柱的承载力损失较为严重,在一定参数范围内,截面尺寸、构件长细比和防火保护层厚度对火灾下构件承载力影响系数的影响较大,荷载偏心率、截面含钢率的影响次之,钢管屈服强度、加劲肋屈服强度、混凝土抗压强度的影响较小,加劲肋宽厚比在荷载比≤0.3且宽厚比≤25的情况下有一定影响。在构件外表面采用防火保护能有效提高耐火极限,而且厚涂型钢结构防火涂料的效果明显优于水泥砂浆保护层。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

钢管砼悬臂柱的性能和承载能力计算

文中报导了21根在轴向力和侧向力共同作用下的钢管砼悬臂单元柱的试验结果。试验的参数为高径比H/D和轴压比N_o/N_o。试验结果表明,影响钢管砼悬臂单元柱极限承载能力的主要因素,与钢管砼无侧移框架柱一样,仍然为偏心率和长细比,并服从“双系数乘积”规律。文中引用“等效计算长度”的概念,将悬臂单元柱的承载能力计算等效为钢管砼标准单元柱的计算。对各种情况下的等效计算长度系数的取值作了探讨。同时还将有侧移框架柱视为由反弯点所分割成的两个子悬臂单元柱的组合,进而探讨了钢管砼有侧移框架柱的承载能力计算问题。     

Fire behavior of eccentrically loaded slender high strength concrete-filled tubular columns

This paper describes a series of 24 fire tests conducted on slender circular hollow section columns filled with normal and high strength concrete, subjected to eccentric axial load. It is a continuation of a previous research paper (Romero et al., 2011 [1]), where test results on centrally loaded columns were presented. The test parameters covered in this fire testing program were the nominal strength of concrete (30 and 90 MPa), the infilling type (plain, bar-reinforced and steel fiber reinforced concrete), the axial load level (20% and 40%) and the load eccentricity (20 and 50 mm). The columns were tested under fixed-pinned boundary conditions, with a relative slenderness at room temperature higher than 0.5 for all the specimens. The aim of this paper is to study the influence of eccentricity in combination with the type of concrete infill. The results show that the addition of steel fibers does not improve the fire resistance of slender columns under eccentric loads, as compared to columns filled with plain concrete. However, the addition of reinforcing bars increases the fire resistance of the columns in this situation. Filling the steel hollow section columns with concrete increases their fire resistance, the increase in load bearing capacity being more noticeable for columns filled with high strength concrete. A comparison with the current simple calculation model in Eurocode 4 Part 1.2 shows that, although the method is safe for eccentrically loaded columns, it produces a high error in the predictions for columns filled with plain or steel fiber reinforced concrete.     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

四肢圆钢管混凝土格构柱恢复力模型研究

为了探究钢管混凝土格构柱的弹塑性地震反应以便进行构件非线性理论分析,对2根四肢圆钢管混凝土格构柱进行了低周反复加载试验,并收集了12根四肢圆钢管混凝土格构柱低周反复荷载作用下的试验资料。通过理论分析及试验结果回归分析,提出了钢管混凝土格构柱的退化三折线恢复力模型,确立了构件轴压比、等效长细比及材料比例系数等主要参数与模型之间的关系,并将模型计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:计算结果和试验结果吻合较好,且该恢复力模型计算方法简单,便于进行结构地震反应分析及工程应用。