钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的数值分析

针对轴心受压的钢管钢纤维高强混凝土短柱,采用有限元分析软件ANSYS建立了多个圆钢管钢纤维高强混凝土短柱模型进行数值模拟,材料模型使用修正的钢管钢纤维高强混凝土本构关系模型,考虑了钢管和钢纤维对构件的影响,模拟结果与试验结果吻合性较好。对构件进行了影响因素分析,研究结果表明,混凝土强度等级的提高有利于构件承载力的增大;钢纤维体积率的提高使构件承载力提高较大;钢管壁厚的增大对构件承载力提高作用最大。在合理范围内增大钢管壁厚、增加钢纤维体积率并提高混凝土强度等级均能够有效提高轴压构件的承载力。     

钢管玄武岩纤维混凝土短柱轴压性能试验研究

采用正交试验设计方法,对9根钢管玄武岩纤维混凝土短柱进行轴心受压试验,研究玄武岩纤维掺量、含钢率和混凝土强度三个因素对短柱轴压性能的影响。试验结果表明:试件含钢率对其承载力影响显著,纤维掺量次之,混凝土强度影响不明显;混凝土强度等级为C60、纤维掺量为0.1%和钢管壁厚为6 mm时的承载力均比同因素下其他水平对应的值高;适当掺入玄武岩纤维可提高短柱承载力;随着含钢率的增加,短柱承载力与延性均有增大。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

圆钢管微膨胀陶粒混凝土短柱轴压极限承载力计算公式

以陶粒混凝土中的膨胀剂掺量(0、4%、8%、12%)和钢管壁厚(含钢率)为变量,制作了12组(24根)短柱,进行了轴压试验。结果表明:在本试验的膨胀剂掺量范围内,圆钢管微膨胀陶粒混凝土短柱试件的轴压承载力随膨胀剂掺量的增大而逐渐提高;根据试验结果建立了考虑膨胀剂掺量的受圆钢管约束微膨胀陶粒混凝土的强度准则计算公式,进而推导出了考虑膨胀剂掺量的圆钢管微膨胀陶粒混凝土短柱的极限承载力公式。     

钢管钢纤维混凝土短柱轴压性能的有限元分析

对3根钢管混凝土试件(1根钢管混凝土短柱和2根钢管钢纤维混凝土短柱)进行轴压试验。试验结果表明:掺入钢纤维能有效提高钢管混凝土柱的延性,对其承载力的提高作用较小。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS对钢管钢纤维高强混凝土短柱的轴心受压性能进行有限元分析,实验结果与有限元结果符合良好。对轴压短柱进行参数分析,分析钢管壁厚,混凝土强度及钢纤维含量对钢管混凝土柱力学性能的影响。研究表明:钢管壁厚对轴压短柱的承载力影响较为明显,其延性也略有提高;混凝土强度对钢管混凝土柱的承载力有一定提高,但随着强度的增大延性略有降低;钢纤维含量对轴压短柱的承载能力略有提高但对其延性的提高作用较为明显。     

型钢-方钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS有限元软件对型钢-方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行了有限元分析,探讨了型钢-方钢管混凝土轴压短柱、等截面普通方钢管混凝土轴压短柱、等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的内力变化情况。分析结果表明:三种短柱中型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力最大且延性最好;与等截面普通方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱中核心混凝土纵向应力有所增长,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减缓,钢管对核心混凝土的约束作用减小;与等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱角部端点的约束效果最明显,钢管中点的约束效果最弱,型钢-圆钢管对核心混凝土的整体约束最强,型钢屈服后纵向应力略低于其屈服强度,且型钢的翼缘部分抗压强度比腹板部分的抗压强度高;等型钢含量情况下,随着翼缘长度b与腹板高度h比值的增大,轴压短柱的极限承载力越来越低,当b/h=0,即十字形钢骨-方钢管混凝土轴压短柱承载力最高;等体积含钢率下,普通方钢管混凝土柱轴压短柱承载力最低,随着型钢截面面积As与方钢管截面面积At的比值的增大,轴压短柱的极限承载力先增后降,当As/At≈0.8时,承载力达到最大值。     

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。     

基于ABAQUS的圆钢管活性粉末混凝土短柱受压性能分析

活性粉末混凝土作为一种高强混凝土,具有很好的抗压性能。但是极易发生脆性破坏,在活性粉末混凝土中掺加钢纤维并且外套钢管可以很好地改善其力学性能。文中利用ABAQUS对圆钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴心受压与偏心受压承载力进行分析得到,随着套箍系数的增大,两种受力情况下的圆钢管活性粉末混凝土柱的承载能力均有不同程度的提高。随着偏心距的增加,变形也由局部发生鼓曲变形转变为局部鼓曲变形伴随着侧向挠曲变形,圆钢管活性粉末混凝土柱的承载力也逐渐降低。     

FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能试验研究

通过12根FRP-圆钢管混凝土试件和1根圆钢管混凝土对比试件的抗剪试验,研究环向包裹FRP布时圆钢管混凝土柱的受剪性能,分析了剪跨比、轴压比、含钢率、混凝土强度、FRP布层数等对FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能的影响。研究结果表明,从开始加载至FRP布断裂,FRP布和钢管保持协同工作,FRP-圆钢管混凝土柱具有良好的变形能力。剪跨比和含钢率显著影响FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力,FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力随剪跨比的增大而减小,随含钢率的增大而增大。增加FRP布层数、提高混凝土强度和增大轴压比均可小幅度提高FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力。在试验研究的基础上,提出了FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

多室式钢管混凝土T形偏压短柱性能分析

采用ABAQUS软件,建立了多室式钢管混凝土T形短柱的有限元模型。对3个轴压短柱试件进行了模拟分析,得出荷载-位移曲线,并将计算结果与试验结果进行了对比。在此基础上对多室式钢管混凝土T形短柱的偏压性能进行了大量数值模拟计算,得出了其N/Nu-M/Mu相关曲线,分析了各参数对其N/Nu-M/Mu相关曲线的影响。参考矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和方法,在分析计算数据的基础上,建立了多室式钢管混凝土T形短柱偏压承载力的简化计算公式。分析结果表明,所提出的偏压强度承载力计算公式与数值模拟结果符合良好,可供工程设计参考。     

高温后中空夹层钢管再生混凝土短柱的加固性能研究与分析

针对高温煅烧后的再生混凝土进行荷载特性研究,设计了三种再生骨料取代率(0%,50%和100%)的中空夹层钢管再生混凝土短柱,研究了高温后钢管再生混凝土短柱及其加固后的力学性能,比较了截面形式、再生骨料取代率以及玄武岩纤维对其承载力、应变和位移的影响。结果表明,截面形式对承载力的影响最大。最后,利用再生骨料取代率、温度对其抗压强度的影响关系,尝试建立中空夹层钢管再生混凝土轴压强度承载力关于截面形式、约束系数、温度、再生骨料取代率以及外加固纤维布约束面积等变量的相关关系式,并通过试验数据加以验证。     

Experimental study on size effect of circular concrete-filled steel tubular columns subjected to axial compression

为了研究钢管混凝土的尺寸效应问题,对18个圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验,研究了试件截面弹性模量及峰值应力的尺寸效应变化规律。研究结果表明,圆钢管混凝土弹性模量受试件直径影响较小,几乎不存在尺寸效应,而峰值应力则存在一定的尺寸效应,并且受截面含钢率影响。对于截面含钢率4.5%的钢管混凝土试件,当试件直径由182mm增加到346mm时,其抗压强度由71.4MPa减小到68.9MPa,降低3.5%。此外,基于素混凝土尺寸效应及钢管混凝土承载力组成的分析,提出了不同约束水平下的钢管混凝土承载力尺寸效应计算公式。通过与文中试验数据及文献试验数据对比发现,所提出的计算公式能够准确预测钢管混凝土承载力。最后,通过对峰值应力尺寸效应进行参数分析发现,试件截面含钢率、钢材屈服强度及混凝土圆柱体轴心抗压强度均对峰值应力尺寸效应存在一定影响。     

钢管混凝土短柱承载力的探讨

通过应用莫尔准则和双剪统一强度理论,对核心混凝土抗压强度进行了分析,推导出轴心受压承载力计算公式,实践证明该公式对钢管混凝土受压短柱承载力计算提供了理论方面的解释,并指出钢管混凝土因其特有的优点而被广泛应用.     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

圆中空夹层钢管混凝土柱承载力研究

采用统一强度理论，对圆中空夹层钢管混凝土柱进行了研究，分析了钢管的拉压强度比，及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响，提出了圆中空夹层钢管混凝土柱的极承载力计算公式，与文献资料的试验结果作了比较，验证了理论公式的正确性，并得出了中空夹钢管混凝土柱和钢管混凝土具有相同优点等结论。该结果为中空夹层钢管混凝土柱的承载力分计算提供了一定的理论依据，对工程设计有一定的参考价值。以限层析     

钢骨-T形钢管混凝土短柱轴心受压试验研究

为避免柱角凸出室内,方便房间布置,提出一种适用于中高层建筑的重载组合柱———钢骨-T形钢管混凝土柱。考虑配骨指标、套箍指标等参数的影响,应用正交试验方法设计试验构件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和强度承载力,分析各参数对试件轴心受压力学性能的影响。通过试验值的回归和理论计算值的比较,提出钢骨-T形钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算公式。试验表明,钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,柱承载力较高。所提出的计算公式可供工程设计参考。