型钢部分包裹再生混凝土偏心受压短柱(强轴)受力性能试验研究

为了研究型钢部分包裹再生混凝土短柱(强轴)的偏心受压性能,设计了6个试件并进行静力加载试验,不同试件的主要变化参数为再生粗骨料取代率、偏心率。通过试验获得了试件的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,采用国外相关规范的计算方法对型钢部分包裹再生混凝土短柱(强轴)的偏心受压承载力进行计算,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的极限承载能力随着再生粗骨料取代率和偏心距的增大而减小;根据规范ANSI/AISC 360-10计算的型钢部分包裹再生混凝土短柱(强轴)的偏心受压承载力与试验结果较为吻合。     

型钢再生混凝土偏心受压柱刚度及变形分析

以再生粗骨料取代率和相对偏心距为主要参数,完成9个型钢再生混凝土偏心受压柱试验,分析偏心受压柱的破坏特征和侧向挠度变化规律。试验结果表明:型钢再生混凝土偏心受压柱在各个受力阶段的刚度发生变化,并对型钢再生混凝土偏心受压柱的变形特征产生影响。型钢再生混凝土偏心受压柱的最大挠度值随着相对偏心距及再生粗骨料取代率的增加而增大。在试验研究的基础上,根据偏心受压柱的简化力学模型,推导其侧向挠度计算公式,并提出型钢再生混凝土偏心受压柱截面刚度计算公式。利用该公式计算得到的偏心受压柱侧向挠度最大值与实测值吻合较好,可以满足计算要求。     

细晶粒钢筋混凝土柱偏心受压性能试验研究

对9根400 MPa级细晶粒钢筋混凝土柱开展偏心受压性能试验,研究轴向力偏心距、纵向受压钢筋配筋率、混凝土强度和长细比对柱偏心受压性能的影响,描述各试件的破坏过程,分析了其荷载-钢筋/混凝土应变曲线、荷载-挠度曲线以及破坏形态的特点。研究表明,现行混凝土结构设计规范关于钢筋混凝土偏心受压柱极限承载力、平均裂缝间距和最大裂缝宽度的计算理论与试验吻合较好。400 MPa级细晶粒钢筋屈服强度设计值取为360 MPa时,细晶粒钢筋混凝土偏压柱承载力具有足够的安全系数并偏向于保守。正常使用极限状态下,400 MPa级细晶粒钢筋混凝土大偏心受压柱在短期荷载作用下的最大裂缝宽度满足要求。     

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。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

高温后型钢再生混凝土短柱轴压性能试验

为研究高温后型钢再生混凝土(SRRAC)柱的轴压性能,以高温温度、恒温时间、型钢保护层厚度、配钢率和配箍率为变化参数,对18个试件进行高温后的静力单调加载试验,观察不同温度后试件的受力破坏过程和形态,获取了质量烧失率、荷载-位移全过程曲线和剩余承载力等数据,并对各参数对其力学性能的影响予以分析。结果表明:高温后型钢再生混凝土柱轴心受压破坏过程和形态与常温下基本相同,均呈灯笼状破坏。高温后型钢再生混凝土柱的轴压刚度和剩余承载力退化明显,且温度越高,退化程度越大。高温后SRRAC柱承载能力降低了13%~50%,其中600℃时下降32%~42%。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

型钢再生混凝土组合柱正截面受力性能的有限元分析

采用OpenSees作为有限元分析平台对6根型钢再生混凝土轴压试件和9根偏压试件进行受压静载试验全过程的非线性数值模拟,分析了再生混凝土取代率、长细比及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱轴心受压承载力的影响和再生混凝土取代率、相对偏心距及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱偏心受压承载力的影响。在分析中,选用基于柔度法的纤维模型进行型钢再生混凝土柱的静力非线性分析,并结合梁柱杆件单元,根据不同的材料属性对型钢再生混凝土柱正截面进行精细划分,来实现型钢再生混凝土柱的模拟技术。与试验的对比分析表明,OpenSees能够有效地模拟型钢再生混凝土柱正截面的受力和变形过程,具有较好的计算精度。     

采用新型抗剪连接件的型钢混凝土柱轴压性能试验研究

为研究轴心受压状态下新型抗剪连接件对型钢混凝土柱力学性能的影响,以抗剪连接件形式、间距为变化参数,对6根采用新型抗剪连接件的型钢混凝土短柱进行了轴心受压试验,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、延性系数以及轴力分配规律。研究结果表明：设置栓钉、π形开孔板、π形CR抗剪连接件对强约束区混凝土承担荷载的比例影响较大,且试件延性均有所提高,其中设置π形CR抗剪连接件的试件SRCDC-1延性最好,与无抗剪连接件试件相比,其延性系数提高了8.4%。最后,在考虑箍筋、型钢对混凝土约束作用的基础上,对布置新型抗剪连接件的型钢混凝土柱轴压承载力进行了计算,并给出了相关计算建议。     

基于有限元的双向偏心受压构件仿真计算分析

通过利用大型有限元计算软件对双向偏心受压的型钢混凝土柱的正面承载力进行计算分析,模拟计算型钢混凝土柱在受到偏心荷载的作用时结构的受力和变形情况,结合相对应的试验结果,对结构的受力进行分析,为今后的偏心受压型钢混凝土柱的研究和设计提供一定的参考。     

超高强混凝土型钢组合柱抗火性能试验研究

为研究型钢保护层厚度、柱截面尺寸、荷载比、长细比和箍筋间距对超高强混凝土型钢组合柱高温承载力的影响,开展了14根纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱在ISO 834标准升温曲线下的承载力试验。组合柱高温破坏现象和竖向位移历程表明：体积掺量0.15%的聚丙烯纤维能够有效防止超高强混凝土的高温爆裂;随着长细比的增加,组合柱从截面强度破坏转变为屈曲破坏。总体上,竖向位移历程曲线可分为受火初期膨胀阶段、后继的压缩变形稳定增长阶段和破坏前的压缩变形急剧增长阶段。纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限随着长细比和荷载比的增加而降低;随着截面尺寸和型钢保护层的增加而增长;双肢箍间距在80~150mm范围变化,对耐火极限的影响较小。对比耐火极限的试验值和EN 1994-1-2及规程DBJ/T 15-81—2011简化计算方法的建议值发现,EN 1994-1-2的计算值低于试验值30%~186%,规程DBJ/T 15-81—2011的计算值与试验值偏差为-49%~16%。因此,现行规范不适用于预测120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限。     

高强H形钢混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性,进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验,研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时,组合柱的承载力和延性均有明显提升,型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的,其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的;增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性;较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明,按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大,总体上偏于保守;按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果相差较小,当相对偏心距为0.2时计算结果总体上偏于安全,相对偏心距为0.6时偏于不安全。     

Experimental study on eccentric loaded high strength H-section steel reinforced concrete composite column

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性，进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验，研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时，组合柱的承载力和延性均有明显提升，型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的，其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的；增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性；较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明，按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大，总体上偏于保守；按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果相差较小，当相对偏心距为0.2时计算结果总体上偏于安全，相对偏心距为0.6时偏于不安全。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承 载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进 行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位 置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明：双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺 钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯 曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心 距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载 挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明：方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

螺旋筋增强外包型钢混凝土柱偏压性能

为了研究螺旋筋增强外包型钢混凝土柱的偏压受力性能,设计并制作了22个试件(其中螺旋筋增强外包型钢混凝土柱试件19个和外包型钢混凝土柱对比试件3个)并进行偏心受压静力加载试验,观察试件的破坏过程,剖析失效机理,获取了其荷载 挠度曲线、荷载 应变曲线、截面应变分布和刚度退化曲线,并分析了箍筋间距、偏心距、径长比（D/a,D为螺旋筋约束直径,a为柱截面边长）、长径比、缀板间距、角钢配钢率和纵筋直径等参数对其承载力和抗弯刚度的影响。研究结果表明：相比外包型钢混凝土柱,螺旋筋增强外包型钢混凝土柱在破坏时混凝土的压溃剥落程度更小,荷载 挠度曲线下降段更为平缓;截面内型钢的环向应变呈线性分布,螺旋箍筋的应变呈非均匀分布;螺旋筋增强外包型钢混凝土柱的偏压承载力和抗弯刚度相比外包型钢混凝土柱分别提高了4%~25%和13%~39%;偏压承载力及抗弯刚度均随着箍筋间距、缀板间距、偏心距和长径比的增大而提高,随径长比的减小而降低;刚度退化速率随着螺旋箍筋间距、缀板间距和径长比的增大而提高。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。     

钢管混凝土叠合柱偏心受压性能试验研究

对长细比为4.67的13个钢管混凝土叠合柱试件进行偏心受压试验,测试柱承载至破坏全过程中核心钢管、管内混凝土、管外混凝土以及管外纵筋的应力、应变分布规律,研究试件的承载机理和破坏特征,同时结合截面非线性数值分析,研究柱正截面承载力随偏心距、钢管位置系数、纵筋配筋率等参数变化的规律。结果表明：偏心受压钢管混凝土叠合短柱正截面的受力过程与钢筋混凝土短柱基本相似,破坏类型分为大偏心受压破坏,小偏心受压破坏和界限破坏3种,以受拉钢筋屈服,同时受压边缘混凝土达到极限压应变为界限破坏准则,其N-M相关曲线为二次抛物线;叠合柱横截面应变符合平截面分布,不论偏心距大小,受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎;叠合柱承载力随钢管位置系数的增大而增加,但增幅不大,故在保证叠合柱含钢率不变条件下,可以梁柱节点施工便利为主选择钢管直径;对于钢管混凝土叠合柱可参照钢筋混凝土结构采用截面极限平衡理论推导叠合柱的偏压承载力计算公式。