配筋钢管混凝土短柱中环向箍筋的受力机理

通过轴压试验和数值模拟手段,研究了箍筋对配筋钢管混凝土轴压短柱(R-CFST)力学性能的影响机理及承载力计算方法,旨在提出R-CFST设计方法和了解R-CFST施工时能否适当减少箍筋用量以降低成本。试验参数有平行式和螺旋式两种箍筋形式,其中,平行式箍筋有3种间距,共准备4组、8根R-CFST和3根钢管混凝土试件。试件在受力性能、承载力、断裂韧性、延性、套箍效应和破坏模式等方面的分析结果表明:构件在最大荷载前的受力特性和承载力与箍筋间距和形式无关,承载力计算时可不予考虑;平行式箍筋纵向间距的变化不会对构件的力学性能产生明显影响,因而推荐使用较大的箍筋间距以获得较好的经济效益;螺旋式箍筋有助于提高构件最大荷载后的受力性能,尤其是对延性的提高作用更为显著,因而推荐使用螺旋式箍筋以获得构件较好的延性和抗震性能。在试验结果的基础上,进行了数值分析研究,提出了可靠和有效的核心混凝土本构方程和此类构件的数值模拟方法,结合模拟结果进一步验证了试验结论的准确性。最后,研究了R-CFST的承载力计算方法,发现美国规范给出的公式过于保守,提出了与中国规范的设计习惯相匹配的R-CFST承载力计算公式,与试验结果对比分析表明提出的公式可以用于工程设计。

同含钢率钢管与配筋钢管混凝土柱的受力性能分析

为阐明含钢率对构件的力学特性的影响规律,基于有限元分析方法研究了配筋钢管混凝土(reinforced concrete-filled steel tube,R-CFST)和钢管混凝土(concrete filled-steel tube,CFST)短柱的轴压性能。首先建立了适合R-CFST的材料本构模型和分析方法并用既有的实验数据验证模型的可靠性,之后进行了36根6种不同含钢率的R-CFST和对应的CFST有限元分析,通过分析荷载-位移响应、承载力、单位面积钢材对构件承载力提高量和延性等指标,最终发现:当混凝土强度较低时,含钢率越低CFST的承载力和延性比同含钢率R-CFST高,但随着混凝土强度的提高,含钢率越大反而使得R-CFST的性能得以显著提高;单位面积R-CFST纵筋对承载力的贡献率都大于单位面积的CFST钢管的贡献率,而且随着混凝土强度的提高R-CFST的这种贡献更为明显;填充高强度混凝土时,R-CFST比CFST更有效。由此得出结论:CFST内配筋比增加钢管壁厚更有效,尤其是填充高强度混凝土时配筋的效果更为明显。