FRP-混凝土-钢双壁空心柱的抗爆性能分析

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)-混凝土-钢双壁空心柱是一种新型混凝土组合柱,由外层FRP管、内层钢管及两管间填充的混凝土组成。针对FRP-混凝土-钢双壁空心柱在近场爆炸荷载下的抗爆性能进行了数值模拟。采用任意拉格朗日欧拉法(arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)进行建模,并基于已有的试验结果验证所建模型的准确性。利用验证后的数值模型,对爆炸冲击波传递过程、混凝土损伤发展、FRP管环向应变、爆炸后剩余力学性能以及参数进行了分析。结果表明,FRP管能有效约束爆炸区域内的夹层混凝土;爆炸后双壁空心柱的轴向承载力明显减小、轴向刚度明显下降;通过增加FRP管、钢管厚度,以及减小空心率能提高双壁空心柱的抗爆性能,其中前两项的影响更为显著。

配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱有限元分析

目的 研究配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱受力性能,改善传统空心钢管混凝土的力学性能,并为该类型柱的设计及试验研究提供依据。方法 基于有限元分析软件ABAQUS,对配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱的力学性能进行有限元分析,在分析受力全过程的基础上,重点分析长细比、钢管宽厚比,混凝土强度、钢管强度、管桩类型、配筋率等参数对轴压力学性能的影响,并基于统一理论提出承载力计算公式。结果 配筋空心方钢管高强混凝土轴压中长柱各组分之间组合作用良好,内置管柱、增大钢管宽厚比、减小长细比及缩小夹层混凝土强度与管柱混凝土强度差距可以改善构件的延性、提升构件组合作用;笔者提出的修正公式计算结果精确且安全。结论 提高配筋空心方钢管高强混凝土的钢管强度、增大宽厚比、减小夹层混凝土与管柱混凝土强度差距可有效改善空心钢管混凝土脆性破坏,充分发挥构件的性能。

中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究中空夹层钢套铝管混凝土短柱的轴压性能,通过改变参数的方法对8根构件开展了轴压试验,构件中空率为0.38、0.51、0.78,混凝土强度为普通混凝土C30、轻质混凝土C30,内铝合金管壁厚为5 mm和3 mm;依据中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力公式,对约束效应系数进行修正,最终得出拟合性较好的中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压承载力计算公式。结果表明:构件的破坏形态为跨中部或端部发生鼓曲,其中外钢管向外鼓曲,核心混凝土被压碎,内铝合金管向内凹陷;中空率为0.78和0.51的构件较中空率为0.38的构件极限承载力分别提高29%、19%,普通混凝土构件的极限承载力相较于轻质混凝土构件提升60%;内管壁厚为5 mm的构件相较于内管壁厚为3 mm的构件承载力提高约2%;构件的承载力大小随着中空率的减小而增加,随着混凝土强度等级的增加而增加,随着内铝合金管壁厚的增加而增加。

内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压性能分析

为提高空心钢筋混凝土柱的承载能力和延性,文中提出一种内衬钢管的方中空钢筋混凝土短柱。采用有限元软件建立该类柱的非线性有限元模型,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元建模方法的合理准确性,基于此进一步考察钢管壁厚和直径、截面边长、钢管屈服强度和混凝土抗压强度对组合柱轴压刚度、承载力以及延性的影响,并对典型试件进行受力全过程分析。结果表明内衬钢管方中空钢筋混凝土短柱轴压承载力及刚度随混凝土抗压强度的提高而增大,延性随钢管壁厚及直径的增加而增大。

空心钢管混凝土长柱轴压性能的试验研究

进行了11根圆形和正方形截面的空心钢管混凝土轴心受压长柱试验,研究了空心率、长细比和截面形式对空心钢管混凝土长柱承载力性能的影响,并对空心钢管混凝土轴压长柱的破坏形态进行了分析。分析结果表明,空心钢管混凝土长柱的破坏形态接近于空钢管长柱。同时在前人所做的轴压长柱试验数据基础上,进行了《薄壁离心钢管混凝土结构技术规程》(DL/T 5030-1996)与给出的空心钢管混凝土轴压长柱承载力计算公式的对比,表明给出的公式与试验结果吻合较好,说明使用该公式计算轴压长柱承载力是可行的。

空心钢管混凝土组合柱抗震性能研究

为研究水电站厂房空心钢管混凝土组合柱抗震性能,以新疆某水电站钢管混凝土厂房组合柱结构构造形式为例,应用有限元软件ADINA建立了矩形实心及空心钢管混凝土厂房组合柱结构三维有限元模型,探讨了自振特性,并通过时程分析方法研究不同空心率模型在地震动输入情况下钢管和内部核心混凝土的动应力、动位移响应。结果表明,矩形空心钢管混凝土组合柱比实心钢管混凝土组合柱的抗震性能更好。

薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱偏心抗压试验研究

对9根薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCC)进行了偏心抗压试验,考察了SBCC受压破坏形态,分析了SBCC长细比、偏心距、空心率和净横截面面积对其极限承载力的影响,建立了SBCC极限承载力计算模型.结果表明:SBCC受压破坏形态主要包括柱端部不同基体胶合面开胶和竹胶合板材料开裂破坏、柱身中部受拉侧不同基体胶合面开胶和抗压侧竹胶合板材料压屈破坏、柱整体开胶破坏.SBCC极限承载力随其净横截面面积增大而提高,随其长细比、偏心距和空心率的增大而降低.所建立的SBCC极限承载力计算模型可为其工程应用提供参考.

带约束拉杆钢管/竹胶板组合空芯短柱的偏心抗压性能

采用冷弯薄壁方型钢管和胶合竹板通过横向约束拉杆和结构胶黏剂复合成顺纹抗压的组合空芯短柱(thin-walled steel tube/bamboo-plywood composite hollow short column with binding bars,SBCCB),采用9个试件研究SBCCB试件的偏心抗压破坏模式、抗压承载力和影响规律。结果表明,SBCCB试件受压破坏形态主要为柱端开胶破坏、横向约束拉杆之间基体胶合界面开胶剥离破坏和胶合竹板局部压屈破坏;SBCCB抗压极限荷载随胶合竹净横截面积增大而提高,随着长细比和荷载偏心率的增大而降低,随空心率增大而增大;约束拉杆可有效延迟SBCCB的开胶剥离破坏,改变屈曲破坏模式,有助于试件抗压承载力的提高;相对于不带约束拉杆试件,SBCCB抗压极限应力提高约17.64%;局部翘曲随约束拉杆间距减小而减小,相对拉杆间距比3.0以下能确保较小的局部翘曲变形。薄壁钢管和胶合竹板能形成较好的复合抗压结构单元,该批试件平均值抗压强度达到18.54 MPa,展现了优异的抗压性能。SBCCB可作为绿色建筑材料广泛应用于现代装配式工程结构,同时拓展竹材的应用途径,实现"以竹代木,以竹代钢",具有很好的工程价值和应用前景。

薄壁方型钢管/竹胶板组合空芯柱轴心抗压性能

研究方形薄壁型钢管/多层竹胶板组合空芯柱(Square,thin-walled steel tube/multi-layered bamboo plywood composite hollow column,SBCC)的轴心抗压性能,揭示其受力破坏机理,为其工程应用提供试验和理论基础。考虑试件的截面尺寸、空心率及长细比对SBCC抗压承载力的影响,设计制作了15根轴心抗压试件,通过SBCC的抗压性能测试,考察测试过程中的破坏形态和变形特征,分析各因素对试件轴心抗压力学性能的影响规律。试验结果表明:SBCC轴心抗压失效主要有竹胶合板材料破坏、基体胶结面开胶破坏以及整体失稳破坏3种形态,总体上胶结面间的胶粘强度及长细比是决定破坏模式的主要因素。SBCC的轴心抗压承载力随组合柱竹净截面面积、空心率的增大而显著提高,随长细比的增大而降低。通过试验数据的非线性回归分析,建立了SBCC的轴心抗压承载力计算公式,公式估算结果与试验测试结果的误差在20%以内。该研究结果表明SBCC是一种轴心抗压性能较优异的钢/竹组合结构单元,可实现"以竹代木",作为工程结构用材的应用前景广阔。

薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱轴压试验研究

为研究薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱的轴压性能,进行了3批试件的轴压试验,考察组合柱的破坏形态特征、抗压承载力和变形情况,综合分析了长细比、净截面尺寸、空心率、截面组配形式、横向约束拉杆排数和相对竖向间距比对轴压性能的影响。结果表明:组合柱的破坏形态为端部或中部开胶剥离破坏、柱端竹胶板压溃破坏、端部或约束拉杆间开胶压折破坏以及压曲整体失稳破坏;增大长细比引起失稳破坏的趋势增大,净截面尺寸增大是极限承载力提高的关键因素;截面组配形式能影响组合柱破坏形态特征;设置约束拉杆能提升组合柱的承压稳定性,优化约束拉杆排数和相对竖向间距比的设计,能明显改善材料界面的接触效应而提升承载力。通过非线性回归分析,建立了组合柱的承载力计算方法。

带约束拉杆薄壁型钢管-竹胶板组合空芯长柱的轴压性能

为了研究较大长细比带约束拉杆薄壁型钢管-竹胶板组合空芯长柱(SBCCB)的轴心抗压性能,采用4根试件进行轴压实验,考察SBCCB的破坏形态、特性、抗压承载力、变形情况;基于实验结果建立有限元模型,综合分析长细比、净截面尺寸、约束拉杆相对竖向间距比和排数对极限承载力的影响规律;通过非线性回归分析,建立了考虑约束拉杆相对竖向间距比、排数影响的轴心抗压承载力计算公式。结果表明:SBCCB的抗压破坏形态为柱端竹胶板压溃、局部开胶剥离破坏、压曲整体失稳破坏;随着长细比的增大,极限承载力降低,组合柱失稳破坏的趋势增大,发生失稳破坏的长细比限值在70附近;极限荷载不仅与净截面尺寸和长细比相关,而且受约束拉杆设计方式的影响较大;优化约束拉杆设置能有效延缓试件的开胶失效,改变破坏形态而提高极限承载力。

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.

某水电站厂房空心钢管混凝土排架柱动力损伤情况分析

为探讨在地震荷载作用下钢管混凝土排架柱可能的损伤问题,根据钢管混凝土组合排架柱中钢管和核心混凝土的受力特点和损伤规律,对混凝土采用多轴损伤开裂本构模型、钢管采用双线性本构模型,基于有限元软件ADINA建立了三维有限元静动力仿真分析模型,据此分析了静力、动力条件下钢管、混凝土的塑性损伤规律。结果表明,静力工况时混凝土无损伤;动力工况时钢管混凝土排架柱结构空心率不宜大于0.35,否则核心混凝土容易出现开裂,钢管易发生局部屈曲;动力、静力工况时排架柱的最大水平位移值均符合现行规范的要求。显然,空心钢管混凝土组合排架柱具有良好的抗震性能。

圆钢管混凝土梁柱极限承载力计算方法探讨

简要介绍了美国ACI(1999)和AISC-LRFD(1999)、日本AIJ(1997)、英国BS5400(1979)、中国DBJ13-51-2003(2003)和DL/T5085-1999(1999)及欧洲EC4(1994)等设计规程中有关圆形截面钢管混凝土(以下简称圆钢管混凝土)压弯构件计算方法的特点,并将上述各方法及数值方法的计算结果和搜集到的圆钢管混凝土梁柱极限承载力实验结果进行了对比和分析。结果表明,在进行圆钢管混凝土梁柱极限承载力计算时,上述各规程提供的计算方法及数值方法均能较好地计算出构件的极限承载力,且计算结果偏于安全,其中,数值方法的计算结果与实验结果最为吻合,规程AISC-LRFD(1999)的计算结果最为安全。本文的研究结果可供进行圆钢管混凝土柱抗震设计时参考。

带约束拉杆方钢管/竹胶合板组合柱轴压蠕变性能

对4根带约束拉杆薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCCB)试件进行轴压蠕变试验以及蠕变后二次轴压破坏试验,考察试件的轴压蠕变特点、蠕变后受压破坏形态,并分析长期承载对SBCCB试件轴压极限承载力的影响.结果表明:SBCCB试件的轴压蠕变应变随试件长细比的增大而减小、随轴压应力水平增加而增加;不同长细比试件的蠕变应变-时间曲线均包含瞬态蠕变阶段和稳态蠕变阶段,温湿度变化对其局部蠕变有影响;蠕变对试件的轴压承载力、轴向及侧向变形能力有较大影响;基于流变力学理论的Burgers计算模型可较好地预测SBCCB试件的蠕变应变发展.

界面状态对椭圆钢管混凝土轴压短柱影响分析

为分析界面状态对椭圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响,构建了脱黏、有黏结滑移和完全黏结等3种典型界面状态的本构模型,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟.围绕椭圆钢管混凝土轴压构件在工程应用中可能出现的典型受荷方式,如钢管和混凝土共同受力、仅混凝土受力、仅钢管受力等,建立非线性有限元模型,分析界面状态对构件的钢-混界面法向压应力、钢管及混凝土截面压应力、极限承载力和轴压刚度等力学性能的影响规律.结果表明,仅混凝土受力和仅钢管受力模式下,界面状态显著影响椭圆钢管混凝土轴压短柱的力学性能;界面黏结作用越强,钢管和混凝土互相帮助分担荷载的能力就越强,构件抵抗变形的能力就越强;钢管和混凝土共同受力模式下,界面状态对构件钢管和混凝土截面压应力、极限承载力及轴压刚度几乎无影响.

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。

薄壁方形钢管/竹胶板组合空芯短柱抗压测试

对带约束拉杆和不带约束拉杆2组各5个薄壁方形钢/竹胶板组合空芯短柱(SBCC)进行轴心抗压试验,考察SBCC受压破坏形态,重点分析横向约束拉杆对试件破坏特征荷载的影响.结果表明:不带约束拉杆试件以竹胶合板基体之间的开胶破坏为主,而带约束拉杆试件主要为柱端材料压折破坏.相对于不带约束拉杆试件,带约束拉杆试件的开裂破坏荷载提高约19.4%,平均极限承载荷载(平均极限压应力)提高约17.2%,轴向压缩变形和压应变均有提高.拉杆约束可抑制SBCC短柱的开胶失效,改变其极限破坏形式而提高其抗压能力.

薄壁型钢管/胶合竹板复合柱抗震性能试验

对9根带约束拉杆的方形薄壁型钢管/胶合竹板复合空芯柱(SBCCB)试件进行低周反复拟静力测试,考察SBCCB的破坏过程和形态,分析试件的长细比、胶合竹净横截面面积、截面组合方式对其受力和抗震性能影响。结果表明:SBCCB破坏形态主要为柱脚胶合面的开裂破坏和胶合竹板断裂破坏,截面组合方式对其破坏模式有显著影响。SBCCB试件有较好的弹性变形能力和抗震耗能性能,增大复合柱截面尺寸和长细比能改善抗震性能;约束拉杆有效保证了试件的整体性,抑制基体开胶破坏,间接提高了抗震性能。

GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压试验

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGCSC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据;对比了GGCSC与GFRP管普通混凝土钢管空心柱轴心受压性能的差异;通过受压过程中外部GFRP管与内部钢管的荷载位移发展趋势,揭示了两者在GGCSC轴压过程中的力学性能,为GGCSC柱的推广应用提供试验基础.