CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-C/STCSRC）轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土（C-STCSRC）轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土（C-CTSRC）柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土（C-CTCSRC）柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载-变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析.结果表明:在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承栽力影响更为显著.     

CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱试验研究

通过对10根CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱和用于对比的5根圆钢管混凝土轴压短柱承载力的试验研究,初步探讨CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱的受力性能以及CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高效果。分析了钢管约束指标和CFRP筒约束指标等对CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,外包CFRP可以有效提高圆钢管混凝土轴压短柱的承载力;CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高率近似随着CFRP筒约束指标的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束指标越大,承载力提高率越小;承载力提高率随着约束指标比的增加而增加;如果粘结良好,在破坏前,CFRP筒和钢管可以保持协同工作。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析与预测

根据8个CFRP层数不同、钢管壁厚不同、钢材抗压强度不同的试件,进行受压试验,得出各个试件的屈服承载力和极限承载力。利用神经网络的基本原理,确定CFRP层数、钢管壁厚和钢材抗压强度为输入单元,屈服和极限承载力为输出单元,通过训练网络,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力进行了预测。结果表明,在试验试件很少的情况下,完全可以通过神经网络的预测来分析构件的承载力,为CFRP-钢管混凝土轴压短柱结构的研究提供了一种新的方法。     

CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析与预测

根据8个CFRP层数不同、钢管壁厚不同、钢材抗压强度不同的试件，进行受压试验，得出各个试件的屈服承载力和极限承载力。利用神经网络的基本原理，确定CFRP层数、钢管壁厚和钢材抗压强度为输入单元，屈服和极限承载力为输出单元，通过训练网络，对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力进行了预测。结果表明，在试验试件很少的情况下，完全可以通过神经网络的预测来分析构件的承载力，为CFRP-钢管混凝土轴压短柱结构的研究提供了一种新的方法。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的承载力研究

在统一强度理论和基本假定的基础上,考虑CFRP-钢复合管对核心区混凝土的侧向约束和外围钢筋混凝土套筒对极限承载力的贡献,推导CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力公式。通过与文献中试验结果进行比较,验证理论公式的正确性,并进一步分析总套箍指标、钢管的套箍指标和CFRP筒的套箍指标对承载力的影响,为CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的理论依据。     

方形截面碳纤维增强聚合物钢管珊瑚混凝土短柱轴压试验研究

对4个方钢管珊瑚混凝土短柱构件和13个碳纤维布增强方钢管珊瑚混凝土短柱构件进行了轴压试验。观察记录构件的受力全过程和破坏现象,得到了构件荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。研究构件含钢率和外包碳纤维增强聚合物(CFRP)层数对构件极限承载力影响,并对这些影响给出了相应的机理分析,试验结果表明外包CFRP能够有效提高构件柱的承载力与核芯珊瑚混凝土的抗压强度和延性,CFRP方钢管珊瑚混凝土结构具有一定的工程应用价值。     

混凝土帆布和碳纤维布联合约束圆形截面混凝土短柱轴压性能研究

为研究混凝土帆布(CC)与碳纤维(CFRP)布联合约束工作机理,以CC、CFRP布层数、混凝土强度等级及试件尺寸为变量,设计了7个圆形截面素混凝土短柱,对其施加单调轴压荷载。由试验现象及荷载-位移曲线可知,CC与CFRP布可协同工作;相较于未约束或CFRP布与单独约束短柱,CC与CFRP布联合约束短柱承载力及延性提高幅度较大。通过对核心区混凝土、CC层及CFRP布层受力分析,计算得到其弹性理论围压,结合未约束构件混凝土强度,建立联合约束约束混凝土强度与围压函数关系。引入CC与CFRP布约束特征值λ以表征联合约束对核心区混凝土约束程度,建立基于单因素约束特征值λ的联合约束约束混凝土强度函数关系f(λ)。与已有试验数据进行对比表明,函数关系f(λ)具备一定的可靠性。     

CFRP-方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论对CFRP-方钢管混凝土轴压短柱进行受力分析,并引入等效应力系数、混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将CFRP-方钢管混凝土转化为CFRP-圆钢管混凝土,进而建立了CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。将所得理论公式的计算结果与文献资料数据进行对比,验证了该公式的正确性,并进行了影响因素分析。结果表明:随材料拉压比、统一强度理论参数和CFRP厚度的增加,CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力不断增大,但CFRP的约束效率却随其厚度的增加在减小;所得结论可为CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的设计、施工及推广提供一定的理论依据。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。     

Experimental study on behavior of circular concrete-filled high- strength steel tubular stub columns under compression

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能，进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验，从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析，研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关，分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种；在相同钢管强度及径厚比条件下，内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比，以及更好的延性。同时，将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比，发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果，对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正，得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为了研究高强钢管混凝土短柱的承载性能,进行了13个高强圆钢管混凝土短柱轴压试验,从破坏模式、荷载-位移关系、承载力、残余承载力和延性方面对内填普通强度混凝土和超高性能混凝土的短柱受力性能进行了对比分析,研究了钢管强度、混凝土强度以及径厚比对两种钢管混凝土短柱的轴压性能影响。试验结果表明：钢管混凝土短柱的破坏模式与等效径厚比相关,分为腰鼓型破坏和剪切型破坏两种;在相同钢管强度及径厚比条件下,内填普通强度混凝土的短柱较内填高性能混凝土的短柱具有更高的承载力提高系数和残余承载力比,以及更好的延性。同时,将试验承载力结果与我国GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范BS EN 1994-1-1：2004和美国规范ANSI/AISC 360-16中相关公式计算结果进行对比,发现现行规范一定程度上高估了高强钢管超高性能混凝土短柱的承载力。结合已有试验统计数据与高强圆钢管混凝土短柱试验结果,对圆钢管高强及超高强混凝土短柱受压截面承载力计算公式进行修正,得到偏安全的短柱轴压承载力计算公式。     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高。对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。     

薄壁钢管再生混合短柱轴压性能试验研究

通过20个薄壁钢管再生混合短柱的轴压试验,分析了废弃混凝土类型、废弃混凝土混合比、新旧混凝土强度差等因素对试件荷载-变形曲线的影响。对比分析了国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性;在横截面积和用钢量相同的情况下,对比了钢筋混凝土短柱与试件的轴压承载力。研究表明：混合比相近时,节段型钢管再生混合短柱的轴压承载力大于块体型钢管再生混合短柱;块体型钢管再生混合短柱的混合比在25%～35%之间变化时,其轴压承载力变化不大;节段型钢管再生混合短柱的混合比在35%～50%之间变化时,其轴压承载力变化不大;强度差小于15MPa时,块体型和节段型钢管再生混合短柱在上述各自混合比范围内,具有与全现浇钢管混凝土短柱相近的轴压承载力。     

Axial load behavior and strength of tubed steel reinforced-concrete (SRC) stub columns

This paper presents experimental and analytical studies on the behavior of tubed SRC stub columns subjected to axial compressive load. Fourteen circular tubed SRC (CTSRC) and fifteen square tubed SRC (STSRC) stub columns were tested to investigate the failure mode and axial loaded behavior of tubed SRC columns. The effect of diameter/width to thickness ratio of the tubes was studied. The effect of height to diameter/width ratio of the separated tubes in tubed SRC columns was studied to investigate the effect of bond and friction between tube and concrete on the behavior of tubed SRC columns. The test results indicated that tubed SRC stub columns exhibited higher axial load capacity than common SRC columns with the same volumetric steel ratio. Elastic–plastic analysis on the steel tube was employed to study the mechanism of tubed SRC stub columns subjected to axial compression. Equations for the prediction of the axial load strength of tubed SRC stub columns were also proposed based on the proposed experimental results.