型钢-方钢管自密实高强混凝土轴压短柱受力性能的试验研究

提出了一种重载柱设计的模式,即型钢-方钢管自密实高强混凝土柱。该组合柱是在方钢管中填充自密实高强混凝土和型钢而形成。通过13根型钢-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴心受压试验,研究了该组合柱的受力性能。试验结果表明自密实试件与经过振捣的试件的受力性能几乎没有差别;型钢的存在有效地延缓或抑制了高强混凝土中剪切裂缝的产生从而提高了构件的延性;混凝土强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量对构件的强度和延性有着显著影响。最后给出了型钢-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱强度承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的力学性能研究

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。     

双层钢管自密实混凝土短柱的耐火试验

双层钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,可用于制作高层建筑的柱。自密实混凝土使用方便,可确保双层钢管混凝土短柱的质量。对双层钢管混凝土短柱耐火性能的研究很少,这对于其在高层建筑中的应用非常重要。为研究双层钢管自密实混凝土短柱及双层钢管纤维增强自密实混凝土短柱的耐火性能,进行了标准耐火试验。研究失效模型、温度分布、临界温度及耐火极限承载力,结果表明,纤维对温度分布无影响;增大混凝土厚度或管周长能降低双层钢管自密实混凝土柱的温度;钢纤维能提高60%的耐火极限承载力;双层钢管混凝土的临界温度高于钢管或钢管混凝土。     

基于统一强度理论的方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明:在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

Calculation of axial bearing capacity of recycled concrete filled square steel tube-profile steel short columns based on unified strength theory

为研究方钢管型钢再生混凝土短柱轴心受压性能,进行了11根短柱试件轴心受压试验,观察短柱的破坏过程及破坏形态,分析再生粗骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率及再生混凝土强度等参数对短柱轴压性能的影响,研究结果表明：在轴向压力作用下,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土压溃,最后外部方钢管发生鼓曲变形而破坏;轴压承载力随着再生粗骨料取代率的增大而降低;提高再生混凝土强度对轴压承载力有利,但试件变形能力降低;适当减小方钢管宽厚比和增大型钢配钢率对提高试件的轴压性能有利,总体上,该组合柱具有较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,基于统一强度理论对该短柱轴压承载力进行理论分析,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出了方钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明统一强度理论可用于该短柱轴压承载力计算。     

钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的核心混凝土、钢管以及型钢钢骨在三向应力状态下的轴向极限承载力进行了分析;通过引入考虑厚边比影响的等效约束折减系数和考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束,从而推导出钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱轴压承载力的理论计算公式;将该公式的计算结果与试验结果和已有公式的计算结果进行比较,各结果吻合良好。结果表明：该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料具有实际意义,并且为此类结构的研究提供了重要的依据。     

方钢管约束型钢混凝土柱受剪承载力计算

基于已有受剪破坏方钢管约束型钢混凝土短柱试验结果,建立精细化有限元模型,对设有型钢栓钉与钢管斜拉加劲肋的方钢管约束型钢混凝土短柱受剪性能进行有限元分析。研究结果表明:栓钉对方形截面钢管约束型钢混凝土短柱的力学行为影响较小;而斜拉加劲肋有效限制钢管局部屈曲,提高约束作用,改善型钢与混凝土的共同工作性能。基于试验与有限元分析结果,考虑方钢管等效密排箍筋效应,提出了方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力计算公式,预测结果与试验及有限元参数分析结果吻合较好。     

自密实混凝土与角钢联合加固混凝土柱轴心受压承载力试验研究

提出了自密实混凝土与型钢联合加固混凝土柱的加固方法,对16个试件进行了静力加载试验,研究了型钢尺寸与缀板间距等因素对加固后混凝土柱的轴心受压承载力的影响。研究结果表明:采用该方法加固的混凝土柱轴心受压承载力显著提高;自密实混凝土能够将型钢和混凝土柱有效结合,使其协同工作;增大型钢截面面积与减小缀板间距均能有效提高柱的轴心受压承载力。最后,建立了联合加固混凝土柱轴压承载力计算公式。     

钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗震性能研究

进行两个圆钢管约束型钢混凝土和两个方钢管约束型钢混凝土压弯构件的滞回性能试验研究,并进行两个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试件的混凝土为C70高强混凝土,试验中的主要参数为轴压比(n0=0.3和0.5)。试验结果表明,型钢混凝土和钢管约束型钢混凝土压弯构件易发生黏结破坏,因此工程实践中应在型钢翼缘设置抗剪连接件以防止黏结破坏的发生。相同用钢量条件下,圆钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力、延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,圆钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力与型钢混凝土柱基本相同,但方钢管约束型钢高强混凝土柱的延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,方钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。根据试验结果和理论分析结果建议了钢管约束型钢混凝土柱的截面抗弯承载力计算方法,提出设计建议,可为工程实践提供参考。     

Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能

本文以研究Q460高强钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能为目的,通过开展6组短柱轴压试验并结合有限元软件ANSYS进行数值模拟分析,探讨核心混凝土强度对钢管自密实混凝土短柱轴压承载力、破坏模式、套箍效应等力学性能的影响规律。研究表明由于采用高强钢管,试件均呈现明显的腰鼓型失效模式;相比普通钢管混凝土柱,钢管自密实混凝土柱具有更好的承载能力,且其承载力与自密实混凝土强度成正比。基于现有规程并结合试验及有限元分析结果,修正了钢管混凝土组合强度公式,为钢管自密实混凝土构件设计提供参考。     

自密实钢管混凝土的研究与应用

采用自密实混凝土作为钢管核心混凝土．针对钢管混凝土的受力特点和施工工艺．进行自密实混凝土材料的选择和配合比优化。为了确保自密实钢管混凝土的顺利施工和硬化后良好的力学、变形性能，进行了自密实钢管混凝土与普通泵速铜管混凝土拱的现场模拟施工对比试验，以及钢管混凝土短柱的轴心受压对比试验。试验结果表明．自密实混凝土作为钢管核心混凝土，其施工性能明显优于普通泵送混凝土。在施工过程中不泌水、不离析。硬化的混凝土能在各截面上均匀分布；自密实钢管混凝土短柱的组合弹性模量、极限承载力和延性以及后期承载能力方面均与普通泵送混凝土短柱相似。在此基础上．成功地将自密实混凝土应用于莆田市一钢管混凝土拱桥工程，应用结果表明，采用自密实混凝土技术，钢管混凝土拱桥施工顺利、快捷。且更好地保证了工程质量，同时混凝土材料造价与普通泵送混凝土基本持平。     

Q345钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能试验

开展了18根Q345钢管自密实混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,分析核心混凝土强度、钢管径厚比对钢管自密实混凝土短柱轴压承载力、破坏模式、套箍效应等力学性能的影响。采用有限元软件ANSYS对钢管自密实混凝土短柱轴压力学性能进行数值仿真分析,所得有限元计算值与试验结果吻合较好。研究表明:根据钢管对核心混凝土约束作用的强弱,钢管自密实混凝土轴压短柱主要呈现两种破坏模式:剪切型破坏和腰鼓型破坏。自密实混凝土强度越高,试件承载力越大。基于已完成的试验成果及《钢管混凝土结构技术规程》(GB 50936—2014),提出安全可靠的轴压承载力计算公式。     

自密实钢管混凝土的研究与应用现状

在综合自密实混凝土和钢管混凝土研究的基础上,介绍了国内外在自密实钢管混凝土性能方面的数值计算及试验研究进展,以及自密实钢管混凝土的应用现状.大量试验结果表明,自密实钢管混凝土在弹性模量、极限承载力和延性以及后期承载能力方面均与普通钢管混凝土柱相似.对钢管自密实混凝土的进一步研究工作做了探讨.     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

内置型钢的圆钢管混凝土构件轴压承载力计算方法

为适应现代结构不断向高耸、重载、大跨等方向发展的趋势,将内置型钢钢管混凝土应用于柱结构设计中.采用ABAQUS有限元软件建立内置型钢圆钢管混凝土轴压短柱受力全过程分析的数值模型,对已有的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力的试验数据进行计算和验证.分析了该类构件在轴压作用下的应力-应变全过程曲线、截面应力分布及各部件之间的相互作用力;探究了材料强度、型钢含钢率、钢管含钢率及型钢截面形式等主要参数对内置型钢钢管混凝土组合柱强度指标的影响规律.研究结果表明:内置型钢对核心混凝土形成了双重约束作用,使核心混凝土的强度有所提高;型钢、混凝土和钢管之间的协同工作有效提高了柱的承载力及延性;型钢含钢率和型钢截面形式对应变变化影响较小.最后,提出了适用于内置型钢圆钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

长期荷载作用下内配工字型钢方钢管混凝土偏压柱力学性能分析

利用ABAQUS软件建立了考虑长期荷载作用下的内配工字型钢方钢管混凝土偏压柱的数值分析模型。通过与已有试验数据对比,验证了数值模型的合理性。在此基础上,对该类新型组合柱的荷载-挠度曲线、材料应力发展和分布、材料接触应力等进行全过程分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比,并对长期荷载作用下组合柱承载力的影响因素进行参数分析。结果表明:长期荷载作用下组合柱产生了内力重分布,加速了混凝土受拉区和钢材的塑性发展,降低了钢管和型钢对混凝土的约束作用;考虑长期荷载作用的组合柱极限承载力较一次加载的情况有所减小,对应的跨中挠度增大;在计算参数范围内,长期荷载使内配型钢方钢管混凝土偏压柱承载力降低幅度在15%以内。     

钢管自密实混凝土柱轴心受压承载力试验

对18根钢管自密实高性能混凝土柱进行了轴压强度承载力的试验研究,试验的主要参数分别为自密实混凝土的配合比和加载方式.在确定组成钢管自密实高性能混凝土柱的钢材与混凝土的应力一应变关系的基础上,利用钢管混凝土柱轴压强度承载力的实用计算方法对其受力性能进行了理论分析,并采用有限元程序ANSYS对轴压柱的荷载一应变关系进行了分析,最后得出了试验值高于理论分析值,而与有限元计算值吻合较好的结论.该试验结论对相关工程实践具有一定的参考价值.     

L形缀板式方钢管混凝土组合柱轴压性能试验研究

在L形方钢管混凝土组合异形柱基础上,设计L形缀板式方钢管混凝土组合柱,对L形方钢管混凝土组合柱进行轴压荷载试验,研究在轴压荷载作用下缀板对L形钢管混凝土组合柱承载力和破坏形态的影响。由试验结果可知,焊接缀板有效地提升了L形钢管混凝土组合柱的整体性和轴压承载力,且当缀板面积超过60%后承载力提升不明显,综合比较缀板面积为60%时构件性价比最高。研究成果为后期L形缀板式钢管混凝土组合柱的压弯和抗震等性能研究提供了基础。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱轴压性能试验研究

对9根外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱和未加固钢筋混凝土中长圆柱进行轴心受压试验研究,研究长径比、钢管壁厚和后浇自密实混凝土强度对复合加固中长圆柱受力性能的影响。研究结果表明:未加固中长圆柱破坏形态属于局部强度破坏而复合加固中长圆柱的破坏属于弹塑性失稳破坏。长径比越小,复合加固柱承载力提高越大;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱极限承载力略有提高,但延性逐渐降低;钢管壁厚的增加能够显著提高复合加固柱的极限承载力和延性。在试验研究的基础上,提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土中长圆柱的承载力简化计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。