预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴压性能初探

为提高薄壁钢管混凝土柱轴心受压性能,提出了预应力薄壁圆钢管约束混凝土柱,即采用对拉螺栓对薄壁圆钢管施加环向预应力,形成对内部混凝土初始约束围压,以提高内部混凝土的轴心抗压强度及承载力性能。为探究其轴向受压性能提升效果,进行了预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴心受压试验;并采用ABAQUS有限元计算软件建立了相应的非线性有限元数值模型,基于试验所获得荷载-位移数据,验证了模型的可靠性。在合理可靠试验模型的基础上,进行了不同预应力度(k=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)和不同钢管厚度(t=1.5mm、2.0mm、2.5mm和3.0mm)情况下的轴心受压性能影响分析。结果表明:采用对拉螺栓对薄壁圆钢管混凝土柱施加环向预应力,可有效提高其轴心抗压强度、刚度和延性;在合适预应力范围内,预应力度(k=0~0.4)越大,预应力薄壁钢约束混凝土短柱轴心受压性能提升越明显;但较大的预应力度(k=0.5)会让构件在达到峰值荷载后,其承载力降低较为明显,从而使构件延性降低;当预应力度k不变,构件的轴心受压性能随钢管厚度t的增大而增大。

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,研究了工字钢参数变化对内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能影响。结果表明,有限元模型建立准确;当含钢率小于34%时,纵向放置工字钢腹板厚度参数变化对局压承载力影响较大;当含钢率大于34%时,横向放置工字钢翼缘厚度参数变化对局压承载力影响较大;对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,纵向放置工字钢宽度参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过模拟结果验证,所提公式计算承载力与模拟承载力比值为0.86~1.06,计算结果较为准确。

CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱抗震性能试验研究

通过5根CFRP加固钢筋混凝土短圆柱在低周反复荷载作用下的试验,研究了CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱的抗震性能,探讨了CFRP加固用量对试件抗震性能的影响。试验结果表明:CFRP加固高轴压比钢筋混凝土短圆柱能有效提高其抗震性能,使试件从脆性的剪切破坏逐步过渡到有较好延性的弯曲破坏。本文还建议了CFRP加固钢筋混凝土短圆柱抗剪和抗弯承载力计算公式,计算结果与试验值符合较好。

纤维加固混凝土圆截面短柱抗震性能试验研究

通过对3根抗剪不足的混凝土圆截面短柱的拟静力试验,不仅验证了横向包裹的碳纤维布能提高短柱的抗剪承载力,改善混凝土的变形性能,从而提高短柱的抗震性能,同时验证了具有一定破损的短柱经碳纤维布强约束加固后,同样具有良好的抗震性能。文章最后对碳纤维布加固短柱的延性提高机理进行了分析。

内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱承载性能参数分析

采用非线性有限单元法,考虑钢管对核心混凝土和箍筋对外围混凝土的约束作用,计算了内配圆钢管的钢骨混凝土核心轴压柱完整的荷载-应变曲线,详细分析了纵筋配筋率、箍筋配箍率、混凝土强度和钢骨配骨率等参数对轴压极限承载力和延性的影响,提出了使核心柱达到最佳承载和变形能力的参数范围,可直接应用于工程设计。最后根据所提出的合理参数范围推导了计算内配钢管壁厚的简化公式,从而使内配圆钢管的截面得以优化。工程实例计算表明简化公式具有良好的适用性。

基于BP神经网络的缺陷CFST短柱承载力预测

目的基于大量钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)短柱承载力试验数据,利用神经网络建立其承载力和破坏模式与构件各特征参数之间的映射关系,以便对复杂参数下的带缺陷CFST柱承载力进行预测。方法通过对国内外文献中试验数据的收集整理,选取89组缺陷圆形CFST短柱承载力试验数据,构建并训练一个多层BP神经网络模型,对缺陷圆形CFST短柱承载力进行预测,并将预测值与实际值进行比较。结果利用笔者构建的模型得到的缺陷圆形CFST短柱承载力的预测值与其实际值相比,两者间的绝对相对误差ARE数值在5%之内,并且样本数据回归曲线的误差值r值接近1,验证了网络构建的有效性,以及预测结果的精确性。结论BP神经网络对于预测缺陷圆形CFST短柱承载力是有效、准确的,为研究缺陷圆形CFST短柱的承载力提供了新方法。

钢管-钢骨混凝土组合柱试验研究

目的分析钢管混凝土组合柱研究中的不足,提出了钢管-钢骨混凝土组合柱的概念,研究钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能.方法对钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能,进行了3个含钢率不同的偏心受压钢管-钢骨混凝土短柱的试验.结果钢管混凝土柱存在内外部分破坏不同步的可能,通过试验,明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征,含钢率对承载力的影响,含钢率越大,构件的承载力及延性的相应增加.结论试验结果表明,当含钢率大于0.36%时,钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏,其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力,为组合结构的发展提供了一种新的结构型式.

钢骨—钢管混凝土轴压短柱模拟实验分析

目的提出钢骨-钢管混凝土组合柱的概念,消除钢骨混凝土组合柱内外部分不能够同时破坏的可能.方法应用有限元的方法,对含钢率不同的轴心受压钢管-钢骨混凝土短柱进行了模拟研究,并与实验情况进行比较.结果明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征,含钢率对承载力的影响,含钢率越大,构件的承载力及延性的也会相应的增加.结论钢骨-钢管混凝土组合柱具有很大的优势,能够克服钢管混凝土组合柱的不足.模拟计算与实验研究结果吻合较好.

圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力分析

针对钢管混凝土短柱轴压状态,考虑屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,采用厚壁圆筒理论和双剪统一强度理论,对钢管进行极限承载力分析;对混凝土采用Drucker-Prager屈服理论进行钢管约束下的承载力的计算分析,两者叠加得到钢管混凝土的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供了一种新的方法.

基于统一强度理论的圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力分析

对9根圆钢管型钢再生混凝土短柱进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、径厚比、型钢配钢率对试件轴压承载力的影响。试验结果表明:试件轴压承载力随着取代率的增加而逐渐减小,随径厚比的减小和型钢配钢率的增大而增大,说明该柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。在试验研究基础上,采用统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压极限承载力进行了理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算了钢管对核心型钢再生混凝土的约束应力;推导了该短柱的轴压承载力计算公式,并对其影响因素进行了分析。结果表明:计算值与试验值之比的均值和方差分别为0.99和0.001,吻合较好,表明统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性;此外,当材料的拉压比α(α=1时,拉压同性材料;α≠1时,拉压异性材料)一定时,试件轴压承载力随着材料强度参数b(0≤b≤1)的增大而增大;当材料强度参数b值一定且α≠1时,试件轴压承载力随着α的增大而增大;此外,试件轴压承载力随着径厚比的增加而呈递减趋势;试件承载力提高系数随着再生混凝土强度的增大而减小。研究结论可为圆钢管型钢再生混凝土组合短柱的设计与计算提供理论参考。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱试验

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对12根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱进行静力加载试验,通过绘制轴压短柱的荷载-应变曲线,对比了不同CFRP配置率的情况下,承载力的提高程度,并对这种新型组合结构进行了经济性能分析.结果内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压短柱的受力全过程分为5个阶段;试件承载力随CFRP与钢管配置率增加而增大;在相同承载力情况下,比方套圆中空夹层钢管混凝土柱的经济性能更为优越.另外,由于内置CFRP圆管有效地约束了核心混凝土,改善了方钢管的角部应力集中现象,3种材料能够较好地协同工作.结论这种新型组合结构充分发挥了3种材料的优点,可有效提高柱子承载力,为促进其在工程中的应用提供一定的理论依据.

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.

基于相同用钢量的双圆钢管混凝土短柱轴压试验

为了分析内外钢管用钢量分配和直径比对双圆钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响,对总用钢量相同的7根试件进行轴压试验,研究其极限承载力、破坏形态、轴向荷载-应变关系曲线、轴向荷载-纵向变形曲线等。结果表明:试件的破坏形态主要为腰鼓型破坏,达到极限承载力时内外层钢管均已屈服,试件表现出良好的塑性性能;总用钢量相同的条件下,试件极限承载力随内外钢管直径比的增大而增大,随外钢管用钢量的减少而降低,相比单钢管混凝土短柱最大降低6.12%,降低幅度不大。最后,根据内外钢管用钢量比、直径比,引入折减系数η,提出计算此类试件极限承载力的优化方法,并用该方法对相关文献中的此类试件进行计算,计算结果与试验值误差较小。

氯盐弱腐蚀环境下圆形钢管再生混凝土短柱轴压试验研究

为研究氯盐弱腐蚀环境下圆形钢管再生混凝土短柱的轴向极限承载力,设计了12根不同核心混凝土强度、钢管壁厚和腐蚀程度的圆形钢管再生混凝土柱和2根圆形钢管柱,研究了不同弱腐蚀程度下各试件的轴心受压性能,分析了其破坏形态、承载力、荷载-位移曲线、骨架曲线和刚度退化规律,试验结果表明:弱腐蚀试件受压鼓凸,内部混凝土被压碎,承载力下降,中间表面处发生多处明显鼓曲;钢管腐蚀会引起试件约束效应系数的降低,导致其承载力和刚度明显下降,最终影响结构的安全性;提高核心混凝土强度和增大钢管壁厚均可提高圆形钢管再生混凝土柱在氯盐腐蚀环境下的极限承载能力,而增大钢管壁厚对提高试件承载力作用更为显著。

钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力计算与分析

目的得到钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力计算表达式.方法分别考虑钢骨混凝土部分和钢管混凝土部分各自承担的轴力和弯矩,将这两部分的轴力、弯矩叠加.钢管混凝土部分按照现行的钢管混凝土公式计算;钢骨混凝土部分采用简化分析,按照忽略环箍效应和考虑环箍效应两种情况计算,同时和按照叠加方法计算的钢管混凝土组合柱承载力进行比较.结果钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力比钢管混凝土组合柱承载力提高约15%,叠加的计算方法可以适用于钢骨-钢管混凝土柱.结论钢骨-钢管混凝土柱具有更高的承载力能力和更好的延性.

高强方钢管-混凝土-圆钢管组合短柱轴压性能

为研究高强方钢管-混凝土-圆钢管(HSCS)组合短柱的轴压性能,以环混凝土轴心抗压强度(f ck)、外高强方钢管的抗拉强度、壁厚和宽度、内圆钢管的抗拉强度、壁厚和直径,以及试件的长细比和空心率等为控制参数,共设计27根试件。基于合理的材料本构模型、网格合理性分析和既有试验试件验证分析,确定该模型的预测精度,进而获得各个参数对足尺寸HSCS组合短柱轴压性能的影响规律。结果表明:随宽度、壁厚、内钢管抗拉强度、外钢管抗拉强度和混凝土抗压强度的增加,HSCS组合短柱的轴压承载力显著提高;随试件空心率增加,组合短柱的轴压承载力逐渐减小,建议空心率最佳取值为0.1~0.3。HSCS组合短柱轴压承载力计算表达式具有较高的预测精度,可满足工程实践需要。

钢骨-钢管混凝土组合柱轴压组合刚度分析

基于钢管混凝土核心柱在应用中存在内外不能很好共同工作的可能,提出一种新的钢骨-钢管混凝土组合柱,并对该种柱的组合刚度的计算进行研究。通过对3个含钢率不同的轴心受压钢骨-钢管混凝土短柱的试验值与理论计算值的比较,验证了钢骨-钢管混凝土柱的组合刚度的计算方法的合理性,并揭示了含钢率对组合刚度的影响规律。结果表明:钢骨-钢管混凝土组合柱具有很大的优势,能够克服钢管混凝土组合柱的不足。

双钢骨混凝土柱轴心荷载下的承载力研究

针对钢管混凝土核心柱在应用中存在内外不能很好地共同工作的问题提出了一种新的双钢骨混凝土组合柱。通过计算分析得出了双钢骨混凝土柱的计算公式。

圆钢管再生混凝土短柱计算方法

为了对圆钢管再生混凝土短柱的计算公式进行研究,建立了圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元模型,并验证了模型的正确性.使用四种规范对13根圆钢管再生混凝土短柱有限元模型进行了计算分析,结果表明:规范ACI(2005)、规范ASIC(2005)和规范AIJ(1997)对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的计算结果偏安全,但精确度较低;规范(GB 50936-2014)的计算结果不仅偏安全,而且计算精确度较高,但此规范未考虑骨料取代率的影响.对规范(GB 50936-2014)中的公式进行了修正,提出了修正系数θ,并验证了修正系数的正确性.

钢骨钢管混凝土在单柱式桥墩中的应用研究

受压状态下的钢骨钢管混凝土柱,外围混凝土对内部钢管有一定的紧箍力,钢管又对内部混凝土有环向压力,使得核心混凝土处于三相受压状态,从而提高构件的整体刚度和极限承载力。根据结构的这种工作机理,从正截面承载能力研究出发,提出了把这种结构应用到桥梁的柱式桥墩上的构想,从而解决单柱式桥墩墩身截面粗大的问题,增加桥下使用空间。在施工工艺上简化柱内钢筋笼的制作,节省人力资源。