高寒环境温度下圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

针对高寒环境温度对钢管混凝土结构力学行为影响显著的问题。开展钢管混凝土短柱轴压性能试验,分析试件在不同温度下的试验现象及破坏形态,探究不同环境温度对圆钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响规律,揭示温度对钢管混凝土套箍效应的影响机理;针对现行规范在钢管混凝土承载力计算中未考虑温度作用的不足,基于试验结果分析提出考虑环境温度的钢管混凝土短柱承载力计算修正公式。结果表明:温度变化对钢管混凝土短柱承载力和延性影响显著,随着温度的下降,试件承载力增大,而延性大幅降低,脆性显著增大;温度从40℃降至-40℃,M型、L型试件承载力分别提高27.8%和34.3%;环境温度对构件套箍效应影响明显,套箍率越小越显著;提出的考虑温度影响的钢管混凝土短柱轴压承载力计算修正公式具有较好的可靠性和精度,可为高寒大温差地区钢管混凝土结构的设计提供必要依据。

薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过 2 6根圆形、方形和八边形薄壁钢管混凝土短柱的轴压试验 ,研究了不同截面形状、宽 (径 )厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数对薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高 ,与常规壁厚的钢管混凝土短柱的轴压破坏模式相比也有较大的变化。通过试验数据的回归分析 ,提出了薄壁钢管混凝土短柱极限轴心抗压承载力的实用计算公式 ,探讨了短柱的截面形状、宽厚比、混凝土强度等级。

不锈钢焊接箱形截面短柱轴压局部稳定性能

设计并加工了7个奥氏体型S30408和6个双相型S22253不锈钢焊接箱形截面短柱试件,通过压缩材性试验得出了2种不锈钢板材的力学性能指标,同时量测了试件的几何初始缺陷和焊接残余应力分布形态.此外,在两端固接的约束条件下开展短柱轴压试验,得到了试件的局部稳定承载力和屈曲失效形态.试验结果表明,随着板件宽厚比的增大,其局部稳定承载力逐渐降低.采用ABAQUS建立考虑材料非线性和各向异性、几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对短柱轴压局部稳定性能进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性.得到的短柱试验结果和建立的有限元模型可以为焊接不锈钢构件稳定性能的研究提供参考.

C形冷弯薄壁型钢切割短柱轴压试验

把辊轧成型的C形冷弯薄壁型钢构件切割成若干短柱,在短柱中将产生不同程度的歪曲变形,进而引起附加的初始几何缺陷。对10个切割而成的C形冷弯薄壁型钢短柱进行了轴压试验,并根据GB500182002计算了短柱的轴压承载力。结果表明切割短柱在轴压力作用下,两翼缘为内收的歪曲破坏,腹板为局部屈曲破坏模式,短柱极限承载力仅为规范计算值的83%～89%。

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。

柱段试验与钢压杆的局部-整体相关屈曲

首先介绍了柱段试验的功能和注意事项,强调它不同于短柱试验的特点。其次分析柱段试验提供数据的利用。试验既可显示残余压应力的峰值,也可给出在板件相互约束条件下的局部屈曲稳定系数。对于板件宽厚比超限的柱段,现行的杆件屈曲后强度计算方法给出的承载力高于试验值,应该视为正常现象,否则将不适用于实际应用的压杆。改变这类状况的方法不是对系数取值的修改,而是需要把有效屈服强度系数和杆件长度相联系。最后提出宽厚比超限压杆的相关屈曲法。和试验资料进行对比表明此法比有效屈服点法或有效截面法有很大改进,可以推荐应用于工程设计。

T型钢连接钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为了研究T型钢连接件翼缘厚度变化对框架梁柱节点抗震性能的影响,以平面框架中柱节点为研究对象,设计了2种不同厚度的T型钢连接件,进行柱端加载的拟静力试验,研究框梁柱节点的变形特点和破坏形态,分析T型钢连接件翼缘厚度对节点的破坏机理、极限承载力以及滞回性能和耗能特性的影响。试验结果表明,T型钢连接件翼缘的厚度增加后,试件的初始刚度、屈服强度、极限强度、屈服位移、极限位移、耗能能力均有所提高,但延性系数不变,T型件与柱之间的间隙有所减小。

SRPE套管约束混凝土短柱轴压性能试验

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土桥梁墩柱的腐蚀问题,提出一种新型组合结构“钢骨架聚乙烯塑料复合材料(SRPE)套管约束混凝土柱”,该新型组合结构能够彻底隔离墩柱与各种腐蚀性离子的接触。为研究其轴心受压力学性能,对12个SRPE套管约束混凝土短柱试件及3个素混凝土短柱试件进行了轴心受压试验,分析了混凝土强度等级、SRPE套管环向约束应力和膨胀剂对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和初始压缩刚度的影响规律。根据SRPE套管环向约束应力计算方法和约束混凝土短柱抗压强度计算公式,建立了SRPE套管约束混凝土短柱轴心抗压强度计算方法。结果表明:SRPE套管约束混凝土短柱的最终破坏形态均为核心混凝土发生斜剪破坏,且随着SRPE套管环向约束应力的增高,试件的剪斜变形角逐渐减小;试件混凝土强度等级越高,其荷载-位移曲线的峰值荷载越大,下降段更陡峭,试件的脆性越大;SRPE套管能够明显提高试件的承载力、峰值变形及延性,且随着SRPE套管环向约束应力的增大,试件各项力学性能均呈逐渐上升趋势;提高混凝土强度等级,试件的承载力提高,但峰值变形和延性有所降低;掺入膨胀剂(质量分数10%)使试件的承载力降低,而峰值变形、初始压缩刚度及延性则稍有提高;所建立的轴心抗压承载力计算方法可为工程实践提供参考。

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较 。

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-混凝土短柱的极限抗压承载力,发现中国规范(GB 50936—2014)对承载力的评估偏于保守,而美国规范(AISC 360-10)的计算结果准确性更高.

螺旋焊接方钢管混凝土轴压短柱性能

螺旋焊接方钢管短柱轴压试验 ,素混凝土短柱轴压试验 ,和螺旋焊接方钢管混凝土短柱试验等三组试验表明螺旋焊接方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力将大于螺旋焊接方钢管短柱和素混凝土短柱轴压承载力之和 30 %以上。通过将螺旋焊接的方钢管混凝土短柱轴压试验和直四缝方钢管混凝土短柱轴压试验结果的对比 ,发现前者的性能和后者相当 。

大尺度新型卷边PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点抗震试验研究

本文考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,对4个大尺度新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型中节点试件进行拟静力试验。基于试验数据,分析了试件承载能力、连接力学性能、节点传力机理和破坏模态等抗震性能。研究结果发现:新型卷边PEC柱较大程度增强了核心区混凝土的约束作用,更好满足"强柱弱梁"的抗震设计要求;PEC柱轴压力增大了节点初始转动刚度,其二阶效应降低了节点抗弯承载力,但加快了梁截面进入屈服的损伤进程;预拉对穿螺栓使节点域实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了节点区的抗剪需求,且具有一定的自复位功效;由于T形件对节点的加强作用,使得除试件SLJ3外的其余试件破坏模态均为T形件端部外排螺栓附近钢梁截面充分屈服形成塑性铰的理想延性破坏机构,对应连接转角均大于大震层间相对侧移限值1/30,表明摩擦耗能型连接较好实现了"小震通过摩擦耗散地震能,中大震利用T形件端部外排螺栓附近梁截面屈服耗散地震能"的设计目标。

碳纤维布部分包裹圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究碳纤维增强聚合物(CFRP)部分包裹的圆钢管混凝土短柱轴压性能和破坏机理,本文进行了8根组合短柱的轴压试验,探讨了钢管强度、CFRP布包裹层数、CFRP布包裹间距等参数对试件轴压性能的影响。通过对破坏模式、轴压荷载(N)-轴向变形(δ)曲线、钢管和CFRP应变响应等试验结果的分析,揭示了CFRP部分包裹圆钢管混凝土轴压短柱的受力机理,提出了组合短柱的轴压承载力计算公式,研究结果将为CFRP在实际工程中的应用提供科学依据。

带约束拉杆十字形钢管混凝土短柱轴压试验研究

进行了11个带约束拉杆和5个不带约束拉杆十字形钢管混凝土短柱试件的轴压试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度以及截面尺寸下十字形钢管混凝土短柱的破坏特点、承载力、延性、拉杆与钢管的应变发展特点等轴压性能。结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延缓了钢管局部屈曲的发生,限制了阴角处钢管的外鼓变形,使钢板的纵、横向应变分布更为均匀,保证了钢管纵向承载力的发挥,提高了核心混凝土的约束效应,有助于提高十字形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性;减小拉杆间距、增大板厚、增大拉杆直径时,拉杆约束钢管外鼓变形的作用增大。采用现行规程中的矩(方)形钢管混凝土柱轴压承载力计算公式对试件峰值荷载进行估算,结果表明只有当钢板相对宽厚比小于22时,不带拉杆试件的承载力才能按叠加材料强度的EC4公式估算;带拉杆试件的承载力至少可按材料强度叠加法估算,拉杆间距较小或钢板厚度较大时可近似用GJB 4142—2000和DBJ 13-51—2003公式估算。最后,考虑钢管和拉杆的约束效应以及不带拉杆钢管纵向承载力低的情况,提出了十字形钢管混凝土柱轴压承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好。

7075-T6高强铝合金轴心受压构件局部稳定试验研究

为研究结构工程中高强铝合金轴心受力构件的局部稳定性能,对7个7075-T6铝合金H型截面短柱开展了轴心受压试验,测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的局部几何初始缺陷,分析了试件的破坏形态、局部屈曲承载力、极限承载力.试验结果表明,7075-T6铝合金材料平均名义屈服强度达到536 MPa;试件翼缘与腹板的平均局部几何初始缺陷幅值分别为0.29%和0.04%,属于《铝合金建筑型材第1部分:基材》(GB/T 5237.1—2017)中的高精级构件.采用基于板件应变的“应变反转法”与基于板件位移的“N-w^(2)法”确定了构件的局部屈曲荷载,板件宽厚比越大,构件局部屈曲应力与极限应力越小,同时局部屈曲应力与极限应力的比值也越小,说明对于宽厚比大的板件,其局部屈曲后强度提升明显,设计中应予以利用.将构件的极限承载力的试验结果与各国规范计算值进行了对比,现行《铝合金结构设计规范》(GB 50429—2007)和欧洲规范(EN 1999-1-1:2007 Eurocode 9)均采用“有效厚度法”对铝合金板件屈曲后强度进行设计,美国规范(The Aluminum Design Manual 2015)基于全截面计算,通过材料强度折减,以考虑局部屈曲引起的截面承载力的降低.3个规范计算值与试验结果的平均比值分别为0.840、0.824和0.923,表明现行国家规范和欧洲规范均对7075-T6高强铝合金轴压构件的极限承载力的计算偏于保守,美国规范的计算结果更加准确.

铝合金构件抗压性能研究

本文介绍了矩形和矩形中空铝合金短柱的压缩试验。测试样品是6061-T6和6063-T热处理铝合金。根据报告,几何和材料性质的测量是负载变形历史的完整样本。观察了局部屈曲失效模式,包括材料屈服和拉伸破坏。从文献收集了进一步的实验数据。利用测试结果开发和验证了有限元(FE)模型,然后用于执行参数研究。实验和数值结果用于根据美国,澳大利亚和新西兰,欧洲和中国的标准来评估压缩性能。

激光焊接不锈钢H形截面轴压短柱截面承载力研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢H形截面轴心受压构件截面承载性能,对9根激光焊接不锈钢H形截面短柱进行轴心受压试验,分析了紧凑和薄柔截面短柱的截面承载力和组成板件的局部稳定性能。试验结果表明:紧凑截面短柱存在较明显的应变硬化阶段,其极限承载力高于全截面屈服承载力;而薄柔截面短柱由于板件局部屈曲,其极限承载力低于全截面屈服承载力。利用ABAQUS建立了短柱有限元数值模型,基于短柱试验结果验证了有限元模型的适用性,并对激光焊接不锈钢H形截面轴压短柱开展参数分析,研究了局部几何初始缺陷和焊接残余应力对短柱截面承载性能的影响。结合试验和有限元数值分析结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》轴心受压构件截面承载力设计公式进行评估,结果表明,我国现行规范设计结果普遍偏保守。通过应变硬化影响系数和修正有效宽度折减计算系数对CECS 410:2015中相关计算公式进行修正,修正后公式能够准确预测焊接不锈钢H形截面轴心受压构件截面承载力。

钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能研究

为研究钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的受力性能和破坏机理,开展了钢管柱混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震试验。分析了此节点的滞回性能、骨架曲线、刚度、强度、耗能能力、延性变形能力等各项抗震指标,并与钢管柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的试验数据进行对比,同时通过有限元模拟探究了改变T型钢翼缘与腹板厚度对节点的影响。分析发现:两试件的弯矩-转角滞回曲线均呈“弓”形,具有一定的捏缩现象;由于钢管与混凝土的相互作用,钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点比未填充柱内混凝土的节点极限荷载提升了12.41%,初始刚度提高31.59%,节点延性性能也有所保证。试验最终均为下T型钢翼缘与腹板交界处撕裂破坏,建议适当加强T型钢强度,如适当增加T型钢腹板和翼缘厚度或设置加劲肋。参数化分析中,随着T型钢翼缘与腹板厚度的分别增加,节点承载力及初始刚度逐渐提升。

薄壁方钢管再生混合短柱轴压性能试验研究

通过16个薄壁方钢管再生混合短柱的轴压试验,研究废弃混凝土取代率、新旧混凝土强度差、钢管壁厚等因素对试件轴压性能的影响;基于新、旧混凝土的组合强度,对比分析国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性。研究结果表明:与全现浇薄壁方钢管混凝土短柱相比,薄壁方钢管再生混合短柱的钢管屈服较早,废弃混凝土取代率越大钢管屈服越早;薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力总体呈现出随废弃混凝土取代率增加逐渐降低的趋势,降低幅度大于薄壁圆钢管再生混合短柱;当新、旧混凝土抗压强度相近时,取代率在20%～33%范围内变化对薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力影响有限;为使再生混合短柱具有与全现浇短柱相近的安全性,建议对根据现行设计标准计算得到的薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力乘以调整系数0.9。

钢管混凝土短柱(剪力键)受剪性能试验研究

通过对方钢管和圆钢管混凝土短柱(剪力键)进行受剪性能试验研究,分析钢管混凝土短柱(剪力键)在单调加载和反复加载条件下的受剪性能,得到方形和圆形截面钢管混凝土短柱(剪力键)无轴力剪切的荷载-位移曲线、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线等。用精细有限元方法,对试验进行了数值模拟,通过合理的材料本构关系、破坏模式,所得有限元计算值与试验结果吻合较好,极限荷载的相对误差在8.84%之内。研究表明:钢管混凝土短柱(剪力键)具有较好的受剪性能,单调荷载作用下,方形截面和圆形截面短柱(剪力键)的相对变形均超过4.0%;循环荷载作用下,圆钢管混凝土短柱(剪力键)的滞回环更饱满、延性系数及耗能能力均优于方钢管混凝土短柱(剪力键);理论分析方法可靠。