双钢管高强混凝土柱轴压承载力的试验研究

分别对两种含钢率及不同钢管壁厚的双钢管高强混凝土柱进行了轴压静载试验,得到了双钢管高强混凝土柱在轴压作用下的破坏过程和特点,分析了其受力机理,讨论了双钢管高强混凝土柱轴压承载力计算方法,给出了近似计算公式。     

带直角等六边形钢管混凝土柱的局压性能

研究了带直角等六边形钢管混凝土柱的局压性能，进行了20个该类组合柱的局压试验，主要研究端板厚度、局压面积比和含钢率等参数对该类组合柱局压性能的影响规律. 试验表明，该类试件的局压承载力和端板厚度成正比，和局压面积比成反比；设置端板可显著提高该类试件的承载力. 基于数值模型的机理分析表明：该类局压构件的荷载主要由混凝土承担；钢管约束力主要集中在角部；无端板试件的钢管可提供更大约束力；加载垫块形状对于无端板试件的局压承载力有较大影响；在距加载端0~1.2B（B为钢管边长）的范围内钢管对核心混凝土形成较强约束. 参数分析表明，局压承载力随着局压面积比的增大而降低，但随着混凝土强度或端板厚度的增大而提高. 含钢率、钢材强度和偏心率对局压承载力的影响较小. 最终提出了该类组合柱局压承载力的简化预测模型.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

长期荷载作用对内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

利用ABAQUS建立考虑长期荷载作用的内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱数值分析模型.通过与已有试验数据对比,验证建模方法的可行性.在此基础上对该类新型组合柱进行力学性能分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比.最后,分析长期荷载比、混凝土强度、钢管含钢率、型钢含钢率等对长期荷载作用下构件变形和承载力的影响规律.结果表明:长期荷载使组合柱中钢管和型钢提前进入塑性屈服,增大组合柱达到极限承载力时二者与混凝土的接触应力,改善其对混凝土的约束作用,使组合柱极限承载力提高,对应应变增大.参数分析表明:混凝土强度提高增大了长期荷载对组合柱的影响,钢管含钢率和型钢含钢率的增加使长期荷载影响减弱.     

方钢管混凝土柱累积耗能性能的实验研究

为考察方钢管混凝土柱的累积耗能性能,进行了低周反复荷载作用下六根方钢管混凝土柱的力学性能实验研究,分析了轴压比、含钢率和长细比等参数对方钢管混凝土柱滞回曲线、承载力退化和累积塑性变形率的影响.结果表明:方钢管混凝土柱具有良好的累积耗能能力.随含钢率的增加,钢管混凝土柱的耗能能力提高;而随轴压比和长细比的增大,钢管混凝土柱耗能能力却相应降低.     

钢管高强混凝土组合柱地震损伤性能试验研究

为研究不同加载制度、轴压比、体积配箍率、钢管径高比及箍筋形式对钢管高强混凝土组合柱地震损伤演化规律及抗震性能的影响,进行了11根组合柱和1根钢筋高强混凝土柱的水平承载力加载试验.研究表明:组合柱的抗震性能整体上要优于钢筋高强混凝土柱;随着循环次数和位移幅值的增加,组合柱损伤累积加重,其承载力、刚度、延性降低;轴压比增大,组合柱的承载力有所提升,但后期变形能力和耗能能力降低,强度衰减和刚度退化加快;在1.33%～1.63%的范围内增加体积配箍率,可显著提高组合柱的抗震性能;随着钢管径高比增大,组合柱承载力略有提高,但后期损伤发展较快;相比配井字形拉筋,配八边形箍筋的组合柱有着更好的抗震性能.     

高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较.同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律.结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大.     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

方钢管橡胶混凝土短柱的轴压力学性能试验

为了研究钢管橡胶混凝土柱的轴压力学性能,对8个方钢管橡胶混凝土短柱进行轴压试验;探讨橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对其力学性能的影响,给出了方钢管橡胶混凝土轴压承载力计算公式.结果表明:随着橡胶粉体积取代率的增加,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度均有下降的趋势;随着橡胶粉粒径的增大,方钢管橡胶混凝土极限承载力和刚度也有所下降;由本文给出的轴压承载力计算公式所得到的计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测方钢管橡胶混凝土的截面强度.     

内置大块体矿渣薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验

目的探究内置大块体矿渣钢管混凝土短柱的力学性能,以指导工程实际.方法对12个内置大块体矿渣钢管混凝土短柱进行静力试验;以短柱截面含钢率、大块体矿渣替代率以及核心混凝土强度等级为变量,分析各参数对构件轴压力学性能变化影响的敏感程度,并提出内置大块体矿渣短柱极限承载力计算公式.结果各试件均发生剪切破坏,混凝土强度越高,荷载位移曲线下降段越陡,延性越差.矿渣柱的承载力随着混凝土强度、取代率和含钢率的增加而增大;其中以混凝土强度对承载力的影响最大,含钢率次之,替代率的影响最小,设计时可忽略.结论利用笔者提出的轴压极限承载力计算公式所得结果与试验结果吻合良好,可为工程实际计算提供参考.     

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.     

钢管轻集料混凝土长柱轴压性能试验研究

对18根不同长细比和含钢率的钢管轻集料混凝土长柱进行轴压试验,研究了钢管轻集料混凝土长柱在轴心压力下的受力性能,并与钢管普通混凝土进行了对比.结果表明:钢管轻集料混凝土长柱破坏属于整体失稳破坏,长细比越大,其承载力和稳定系数越低,加载过程中由全截面受压转为一侧受拉一侧受压,最终因为挠度过大而破坏;相同长细比情况下,钢管轻集料混凝土构件的承载力随含钢率增大而增大;核心混凝土性能对钢管混凝土的界限长细比有一定影响,钢管轻集料混凝土的界限长细比低于钢管普通混凝土;钢管轻集料混凝土的稳定系数要高于长细比相同的钢管普通混凝土.     

方钢管再生混凝土长柱轴心受压试验研究

以再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚为变化参数,制作了7个方钢管再生混凝土柱试件进行轴心受压试验,分组分析了各参数对试件受压性能的影响.试验研究表明:方钢管再生混凝土长柱轴压承载力,随再生骨料取代率、长细比的增加而降低,随钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土轴压长柱的轴向平均应变,随再生骨料取代率、长细比的增加呈增长趋势,随着钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土长柱的弹性轴压刚度,随再生骨料取代率的增加而降低;随钢管长细比、壁厚的增加而增加.     

双钢管高强混凝土短柱偏心受压性能试验

通过偏心率为0.2~0.6、截面尺寸为180mm×180mm、高度为600mm的16个试件的静力试验,研究了外方内圆双钢管高强混凝土短柱的偏心受压性能。试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲及方钢管壁板局部鼓曲,剩余轴压力为峰值轴压力的75%以上;增大方钢管含钢率或增大偏心率,双钢管高强混凝土短柱偏心受压承载力增大。采用叠加法计算得到的双钢管高强混凝土短柱试件的偏心受压承载力,与试验结果符合良好。     

超限径厚比下高强薄壁钢管混凝土柱抗震性能研究

为了深入研究低周往复荷载下高强薄壁钢管混凝土柱抗震性能,对8根超限径厚比的Q690高强薄壁钢管混凝土柱开展拟静力加载试验,分析了该类柱破坏模式、滞回与骨架曲线、延性系数、滞回耗能、刚度退化与荷载衰减,揭示了轴压比、径厚比和混凝土强度对关键性能指标的影响程度,对横向受剪承载力进行分析,提出了基于桁架机制的抗剪承载力计算公式。结果表明:超限径厚比下高强薄壁钢管混凝土柱可分为耗能能力强的弯曲主导和耗能能力弱的剪切主导的两类破坏模式;该类柱延性系数介于1.99～2.89之间,侧移率为1%～6%,加载时,荷载比维持在0.9以上,表现出良好的滞回性能与塑性变形能力;超限径厚比下高强薄壁钢管搭配高强混凝土时需适当提高轴压比增加试件延性、侧向刚度和耗能能力;基于桁架机制的抗剪承载力公式计算结果与试验值吻合良好。该方法可用于强度破坏控制下高强薄壁钢管混凝土柱横向受剪承载力的分析与评估。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

文章在定常轴力和水平低周反复荷载作用下,对3根采用足尺比例的方钢管再生混凝土柱进行了拟静力试验,研究了再生混凝土取代率、含钢率等参数的变化对构件抗震性能的影响。试验结果表明:方钢管再生混凝土柱有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着含钢率的上升,方钢管再生混凝土柱的水平承载力显著上升,延性和耗能能力也随之提高;随着再生混凝土取代率的增大,方钢管再生混凝土柱的水平承载力小幅度下降,延性和耗能能力略有降低。因此方钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

复合钢管混凝土柱轴压承载力的计算

为了研究具有内钢管和型钢增强的复合钢管混凝土柱的承载力,将钢管混凝土统一理论推广应用于复合钢管混凝土柱轴压强度计算中,在分析了复合钢管混凝土柱轴压受力机理的基础上,综合考虑不同内外钢材的截面形式,提出了组合等效套箍系数,应用于复合钢管混凝土柱的轴压强度计算,并将计算结果与文献的试验数据进行了对比。结果表明:可以用统一理论计算复合钢管混凝土柱的轴压承载力;该方法具有形式统一、计算简便、计算精度高的优点。