各种截面钢管混凝土轴压短柱基本性能连续性的理论研究

根据“统一”理论推断 ,对不同截面形式的钢管混凝土轴压短柱采用有限元方法进行分析 ,得到了圆形、方形、矩形和八边形截面轴压短柱的平均应力 -应变全过程关系曲线。最后导得各种截面钢管混凝土轴压短柱的组合性能指标及承载力设计公式。研究结果表明 ,各种截面形式的钢管混凝土的性能变化是连续的。     

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。     

中空钢管混凝土轴压短柱有限元分析与验证

为了研究中空钢管混凝土(HCFST)短柱的轴压性能,本文采用有限元软件ABAQUS对5根已有中空钢管混凝土短柱轴压试验进行数值模拟分析。通过选择合理的材料本构模型,建立该类短柱的有限元模型,获得轴压短柱的荷载-位移全过程曲线,与已有的试验结果进行对比,二者吻合良好。验证了本文有限元建模方法的合理性和可实施性,为中空钢管混凝土短柱在实际工程中的推广应用提供技术支撑。     

带端板圆锥形中空夹层钢管混凝土短柱轴向局压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS对带端板圆锥形中空夹层钢管混凝土短柱局压力学性能进行有限元分析和相应的试验研究,所得的荷载-位移全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中上端板、内外钢管及混凝土应力分布情况进行了分析,同时给出了内外钢管与夹层混凝土之间的相互作用,并对锥度、材料强度、空心率、局压面积比、端板刚度等参数对局压时短柱极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行了比较。     

锥形中空钢管混凝土(CFDST)短柱的性能

目前,虽然锥形中空钢管混凝土(CFDST)柱被用于中国的输电塔中,但是关于这类输电塔中构件性能的信息仍很缺乏。因此,本文对锥形CFDST短柱的轴压性能进行研究。研究的参数包括锥角和截面尺寸。通过建立有限元模型分析锥形构件的性能。结果表明,钢管和夹层混凝土不受锥角影响,能够很好地协同工作。锥形CFDST短柱的失效模式与直线型的类似,失效出现在最小截面附近。通过应力分析讨论锥形构件的约束效应。最后,给出用于计算锥形CFDST短柱极限强度的建议公式。     

方钢管高强混凝土轴压短柱核心混凝土本构关系的研究

为研究轴心受压方钢管高强混凝土短柱核心混凝土本构关系的影响因素,利用ABAQUS程序对方钢管高强混凝土短柱的受力性能进行非线性有限元数值分析,并着重讨论试验中难以测定的考虑钢管约束效应的核心混凝土纵向应力—应变关系曲线,分析混凝土强度,截面宽厚比以及钢材强度对核心混凝土应力—应变关系曲线的影响规律,从而为简化的纤维模型分析提供了材料等效单轴应力—应变关系曲线。     

矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究

对6根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土短柱试件进行轴压试验,研究了内外钢管的长宽比对短柱的力学性能的影响。试验结果表明:比较内管相同的试件,外管截面尺寸较大者其轴压承载力略高;比较外管相同的试件,由于混凝土的减少和内管的局部屈曲,轴压承载力随内管的增大略有下降,本次试验中的实心钢管混凝土短柱的轴压承载力略高于中空夹层钢管混凝土短柱。同时用ABAQUS有限元软件对试件轴压全过程进行了模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压性能分析

为提高空心钢筋混凝土柱的承载能力和延性,文中提出一种内衬钢管的方中空钢筋混凝土短柱。采用有限元软件建立该类柱的非线性有限元模型,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元建模方法的合理准确性,基于此进一步考察钢管壁厚和直径、截面边长、钢管屈服强度和混凝土抗压强度对组合柱轴压刚度、承载力以及延性的影响,并对典型试件进行受力全过程分析。结果表明内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压承载力及刚度随混凝土抗压强度的提高而增大,延性随钢管壁厚及直径的增加而增大。     

钢管混凝土的截面形式及其承载力分析

针对钢管混凝土快速发展的现状,介绍了钢管混凝土的圆形截面、矩形截面、中空夹层截面和实心双层截面等形式及受力特点。为了能方便地分析各种截面形式的承载力性能,对几种截面形式的轴心受压极限承载力用大型有限元软件ANSYS,加入不同的混凝土本构关系进行了承载力分析计算,得到了这些截面形式的钢管混凝土的承载力-位移关系曲线以及应力云图;并同已有的试验或计算结果进行了比较,其结果较为吻合。对于钢管混凝土的截面选择和极限承载力的计算有一定的参考意义。     

Analytical behaviour of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

This paper reports a finite element analysis of the compressive behaviour of CFDST stub columns with SHS (square hollow section) or CHS (circular hollow section) outer tube and CHS inner tube. A set of test data reported by different researchers were used to verify the FE modelling. Typical curves of average stress versus longitudinal strain, stress distributions of concrete, interaction of concrete and steel tubes, as well as effects of hollow ratio on the behaviour of CFDST stub columns, were presented. The influences of important parameters that determine sectional capacities of the composite columns were investigated.     

Concrete-filled double skin (SHS outer and CHS inner) steel tubular beam-columns

A series of tests on concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns (14), beams (four) and beam-columns (12) were carried out. The specimens had square hollow section (SHS) as outer skin and circular hollow section (CHS) as inner skin. A mechanics model is developed in this paper for the CFDST stub columns, columns and beam-columns. A unified theory is described where a confinement factor (ξ) is introduced to describe the composite action between the steel tubes and the sandwiched concrete. The load versus axial strain relationship for CFDST stub columns is predicted. Simplified model is derived for section capacities of CFDST. The predicted beam-column strength is compared with that obtained in beam and beam-column tests. The load versus mid-span deflection relationship for CFDST beams and beam-columns is predicted. A simplified model is developed for calculating the member capacity of the CFDST beams. Simplified interaction curves are derived for CFDST beam-columns.     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

初始荷载下中空钢管混凝土柱轴向强度

与传统的钢管混凝土柱相比,中空钢管混凝土(CFDST)柱具有很多优点,诸如自重轻和良好的循环性能。CFDST柱可能被用于桥梁,高层建筑,高架桥和输电塔结构中。内外钢管将承担来自上部结构和浇筑的湿混凝土的初始荷载。由这些初始荷载造成的钢管初应力和变形会影响CFDST构件的性能。因此,对外钢管单独承担初始荷载和内外钢管同时承担初始荷载时,CFDST柱的轴力性能进行讨论。建立通用的有限元模型预测钢管负荷时CFDST柱的性能。通过承担初始荷载和不承担初始荷载的CFDST柱的试验结果对该有限元模型进行验证。讨论初始荷载水平、长细比、空心率和材料强度对轴向强度的影响。最后,给出初始荷载下的CFDST柱的极限强度计算公式。     

Behaviour of tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

Recently, tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have been applied in electricity transmission towers in China. However, there is still lack of information on the behaviour of such kind of members. This paper thus carried out the investigation on axially loaded tapered CFDST stub columns. The parameters included the tapered angle and the sectional profile. A finite element analysis (FEA) model was developed to predict the behaviour of the tapered member as well. The results showed that the steel tubes and the sandwiched concrete could work together well despite the tapered angle. The failure mode of the tapered CFDST stub column was similar to that of the straight one, and the failure occurred near the smallest section. The confinement effect of the tapered member was discussed by using the stress analysis. Finally, formulas were suggested for the calculation on the ultimate strength of the tapered CFDST stub column.     

Testing of self-consolidating concrete-filled double skin tubular stub columns exposed to fire

A concrete-filled double skin tube (CFDST) is an innovative steel and concrete composite construction with the potential to be used as columns in high-rise buildings. Self-consolidating concrete (SCC) can offer convenience for construction and ensure the construction quality of CFDST columns. There is very limited knowledge about the fire performance of CFDST columns, which is a key issue in the application to high-rise buildings. This paper reports an experimental investigation into the fire behaviour of CFDST stub columns filled with SCC and fibre reinforced SCC. The study aims to obtain thermal and structural responses of the stub columns through standard fire testing. Details are given in terms of the failure mode, temperature distribution, critical or limiting temperature and fire resistance. It was found that the added fibre does not affect the temperature distribution whereas the increased concrete thickness and outer tube perimeter reduces the temperature in CFDST specimens. The added steel fibre increases the fire resistance of CFDST stub columns especially for load levels less than 0.6. The critical or limiting temperature for CFDST sections was found to be higher than for CFST (concrete-filled steel tube) or unfilled tubes.     

外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力

在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上,根据外方内圆中空夹层钢管混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将外方内圆中空夹层钢管混凝土等效为外圆内圆中空夹层钢管混凝土,推导了外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式,并将该公式的计算结果与文献试验结果进行了比较。结果表明:该理论公式是正确可行的,该结果为外方内圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力分析提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值。     

圆中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究

以空心率为变化参数,对5个纯弯构件进行试验研究,同时考察圆中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下的力学性能。在确定了钢材和混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值方法对圆中空夹层钢管混凝土纯弯构件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。最后在参数分析的基础上,提出构件抗弯承载力的简化计算公式。