内置碳钢不锈钢管海洋混凝土柱轴压试验及承载力计算

为研究不锈钢管海洋混凝土柱及内配碳钢后的轴压力学性能,以型钢类型、螺旋筋间距、纵筋直径为变化参数,完成了10个试件的轴心受压静力加载试验。观察了试件的受力破坏全过程及形态,获取了轴向荷载-位移曲线及各钢材应变曲线,基于试验实测数据,就各变化参数对试件的轴压承载力、延性、耗能能力和损伤发展的影响规律进行了分析。结果表明:不同试件的破坏形态相似,均表现为不锈钢管局部屈曲压皱,混凝土斜向剪切破坏;内置碳钢可以提高试件的极限承载力、轴压延性和耗能能力,抑制试件的损伤发展;在增加相同用钢量的条件下,增加圆钢管含钢量对试件轴压性能提升幅度最大;基于“复合约束叠加法”推导计算公式所得承载力计算值与试验值吻合良好。

内置型钢的圆形不锈钢管混凝土构件的抗弯性能

采用有限元模型研究内置型钢的圆形不锈钢管混凝土构件的纯弯力学性能,有限元计算结果与试验结果吻合良好。该类典型构件的抗弯承载力比不锈钢管混凝土对比构件的相应值高111.33%;混凝土承担的弯矩也比对比构件的相应值高23.31%,受压区混凝土的抗压承载力约提高了20%,原因是钢管和型钢翼缘对受压区混凝土形成了良好的约束作用。该类构件的抗弯刚度与抗弯承载力随着混凝土强度、不锈钢含钢率、型钢含钢率和回转半径比的增大而提高;其抗弯承载力随着不锈钢屈服强度或型钢屈服强度的增大而提高。最终给出了该类构件的抗弯刚度和抗弯承载力的简化计算方法。

爆炸荷载作用下不锈钢管混凝土构件工作机理研究

本文进行不锈钢管混凝土构件在爆炸荷载作用下力学性能的试验研究,试验参数包括钢管截面形式(圆形、方形)、比例距离及有无填充混凝土。建立爆炸荷载作用下不锈钢管混凝土构件动态响应的有限元分析模型,模型计算结果得到试验结果的验证。基于验证的有限元计算模型,对比分析不同条件下不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土构件的破坏形态、动态响应和耗能规律。试验和有限元分析结果均表明:随着比例距离减小,构件的破坏程度由弹性变形到弯曲破坏或剪切破坏;混凝土的填充能够有效延缓钢管发生局部屈曲和破坏,构件的承载能力、变形能力和耗能能力得到有效提升,进而提高构件的抗爆性能。在近场爆炸范围内,不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土构件均出现三种可能的整体破坏形态,即弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏,另还伴随有较明显的局部破坏形态;在条件相同包括名义屈服强度相同的情况下,不锈钢管混凝土构件的抗爆性能优于相应普通钢管混凝土构件。

电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土柱轴压性能研究

进行了14根电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验,分析截面高宽比、受火时间和含钢率对其火灾后剩余承载力的影响。试验表明:该类短柱的破坏模态均为局部屈曲、焊缝开裂和混凝土被压碎;试件的剩余承载力随着受火时间或高宽比的增加而降低,受火120 min后该类试件的承载力降低了7.8%~13.9%。接着建立了有限元模型,该模型可很好地模拟实测结果。基于有限元模型开展了理论分析,结果表明初始荷载对该类组合柱的剩余承载力影响较小。参数分析表明当混凝土强度从30 MPa增加到90 MPa时,其强度折减系数降低了15.8%;当截面周长从1 228 mm增加到4 913 mm时,其强度折减系数提高了20.5%;当受火时间从0 min增加到180 min时,其强度折减系数降低了8%;但含钢率、高宽比和钢材强度对其强度折减的影响较小。最后给出了电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的剩余承载力的设计方法。

双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱轴压试验及承载力计算模型

目的 研究双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱(DSTSCC)试件的轴压性能、破坏形态和轴压承载力计算模型,为该类构件的轴压承载力计算提供试验和理论研究参考。方法 对24个DSTSCC试件进行轴压试验,分析外管壁厚、芯管壁厚和芯管直径等参数对其破坏形态、应力-应变曲线和承载力的影响规律。结果 双不锈钢管约束试件的破坏形态以腰鼓型破坏为主;由于不锈钢受拉本构无明显的屈服台阶,可以持续地约束核心混凝土,试件应力-应变曲线无明显的下降段,表现出较好的延性特征;随外管壁厚增大,轴压承载力可提高6%~25%;随芯管壁厚增大,轴压承载力可提高3%~20%;随芯管直径增大,轴压承载力呈现为先提高后降低的趋势。结论 基于试验破坏机理分析和理论分析,所建立DSTSCC试件的轴压承载力计算模型相较于既有承载力计算模型,具有更好的适用性。

采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土柱的设计方法研究

为研究采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压性能,首先建立并验证其有限元模型,然后利用该模型创建典型算例数据库。基于算例数据库分析径厚比、名义屈服强度、混凝土强度等参数对其轴压性能的影响规律,并基于该有限元算例数据库验证现有圆钢管混凝土短柱设计方法的有效性。最后建议了采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力、轴压刚度和峰值应变的简化模型。简化计算结果和有限元计算结果吻合良好。

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用,以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象,首先,进行轴压试验,得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线,并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响;然后,初步讨论了倒角对强度和延性的影响,提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法;最后,基于试验结果以及已有文献数据,采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式,并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明:试件宽厚比由34.9降至20.9,极限承载力的提升率平均为98.5%,核心混凝土强度由C40提升至C60时,试件极限承载力的提升率平均为7.3%;短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加,约束效应系数ξ越大,短柱的承载力越高;本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.

内置钢骨的方形不锈钢管超高性能混凝土短柱轴压力学性能

为研究内置钢骨的方形不锈钢管超高性能混凝土短柱轴心受压性能,以径厚比和钢骨面积为参数设计了6个构件,进行了轴压试验和数值模拟计算,得到了构件的破坏形态、极限承载力和荷载-位移曲线等,利用有限元分析方法进行参数拓展,研究了长径比、混凝土强度等变化对构件破坏过程、极限承载力和延性的影响。基于试验与数值模拟结果,提出了内置钢骨的方形不锈钢管超高性能混凝土短柱轴心受压承载力计算公式。结果表明:所有构件破坏特征相似,中部均出现了局部波形鼓曲,但含钢骨构件的端部也产生鼓曲;构件中不同材料对极限承载力和延性的影响效果不同,极限承载力随着钢骨截面面积和混凝土强度的增加而增大,随着径厚比和长径比的增大而减小,但径厚比和混凝土强度对构件极限承载力的影响更为明显;钢骨的存在对构件的延性有明显提高,且随着钢骨截面面积增大构件延性也有所提高,而混凝土强度增大会导致构件延性减小;轴心受压承载力公式计算结果与试验结果吻合良好。

方形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能有限元研究

不锈钢管混凝土(CFSST)结构在工程的应用愈发广泛,但目前对其轴压性能的研究较少。该文利用ABAQUS创建方形不锈钢管混凝土短柱(CFSSST)模型,并利用收集到试验结果对其进行验证。采用已被验证的模型进行参数分析,研究截面宽厚比和混凝土强度对其轴心受压性能的影响,并将参数分析轴压承载力结果与GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范EN 1994-1-1和美国钢结构规范AISC 360-16中钢管混凝土(CFST)短柱轴压承载力的计算值进行对比,结果表明:规范的计算值偏于保守。最后,基于GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出适用于CFSSST短柱轴压承载力的计算公式,收集到的试验结果与计算值吻合良好。

不锈钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究

不锈钢管再生混凝土柱(RA-CFSST)可有效改善核心再生混凝土的力学性能,在桥梁墩柱与海工结构中具有广泛的应用前景.基于前期试验研究采用ABAQUS有限元软件对RA-CFSST短柱进行了轴压全过程机理分析,包括各部件应力状态发展、核心再生混凝土应力分布以及钢-混凝土之间的接触应力;其次,重点研究了再生混凝土强度、取代率、不锈钢类型与含钢率对构件极限承载力的影响;最后基于前期试验和参数分析结果,与国内外现有钢管混凝土设计规范进行了对比.研究结果表明:轴压过程中,钢管环向应力与核心混凝土纵向应力不断增大,呈明显的约束效应;构件极限承载力受材料强度和含钢率影响较大,而受再生粗骨料的影响较小.

不锈钢管智能筋在钢筋混凝土结构应变监测中的应用

为解决光纤传感器易损、测量结果易受外界因素干扰以及布设存活率较低等问题,文章依据布里渊散射原理,基于BOTDA传感技术,通过不锈钢管封装紧皮光纤,自行研制具有监测距离长、精度高、全分布式、耐久性强等优点的不锈钢管智能筋。不锈钢管智能筋具有制备快捷的优点。通过标定不锈钢管智能筋和FRP智能筋的温度和应变灵敏系数进行分析,发现两种智能筋具有良好的温度与应变感知性能;解析试验梁应变监测数据,进行对比分析发现自制不锈钢管智能筋与FRP智能筋的应变监测精度相同,且不锈钢管智能筋的应变监测稳定性优于FRP智能筋。试验结果表明自行研制的不锈钢管智能筋能够解决光纤在粗狂式监测环境中易损的问题,同时具有监测精度高、稳定性好等优点,可对钢筋混凝土结构进行全尺度大范围的监测。

哑铃形不锈钢管海砂混凝土短柱轴压试验研究

有针对性进行9根哑铃形钢管海砂混凝土短柱的轴压试验。试验参数为不锈钢种,含钢率与约束系数。试验分析了构件破坏模式,荷载-位移曲线,强度指标,同时也对国内规程预测该类短柱承载力的适用性开展了讨论。分析结果表明,轴压荷载作用下,钢腹板腰鼓形屈曲为最后破坏特征;不锈钢管试件较普通钢管对核心混凝土约束效应更强,延性更好,承载力更高;按规范计算的承载力值均偏保守。在试验与有限元分析基础上,提出了哑铃形不锈钢管海砂混凝土短柱承载力的计算简式。

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(0.05、0.3和0.6)、内外管尺寸比(0.42和0.67)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载-位移骨架线的影响规律。研究结果表明:方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%~20%。

不锈钢管再生混凝土弯曲性能

进行12个不锈钢管再生混凝土试件和2个不锈钢管普通混凝土对比试件的试验研究,考察截面类型和再生骨料取代率对弯曲荷载作用下不锈钢管再生混凝土破坏形态、荷载-变形关系和受弯承载力的影响.结果表明,不锈钢管再生混凝土的弯曲性能与相应不锈钢管普通混凝土类似,但随着再生骨料取代率的增大,不锈钢管再生混凝土的受弯承载力有降低的趋势.在确定不锈钢和核心再生混凝土本构关系的基础上,利用基于有限元软件ABAQUS建立的理论模型对不锈钢管再生混凝土的弯曲性能进行了模拟,总体上模拟结果与试验结果吻合良好.

不锈钢管中管钢管混凝土抗剪性能试验研究

冰荷载是严寒地区海洋平台的主控荷载,对海洋平台导管腿抗剪承载力要求较高。为研究影响不锈钢管中管钢管混凝土海洋平台导管腿抗剪承载力的因素,共制作了18根管中管钢管混凝土抗剪构件,研究外钢管材料、混凝土强度、空心率和剪跨比对管中管钢管混凝土抗剪承载力的影响。通过研究不同情况下构件破坏形态、承载能力、局部应变关系来分析试件内部变化情况发现:随着空心率的减小、混凝土强度的增加,构件抗剪强度均有所增大;剪跨比越大,其抗剪强度越小。结合试验情况,提出了管中管钢管混凝土抗剪承载力经验公式,并通过ABAQUS有限元建模软件进行分析验证,结果表明模拟与试验结果吻合良好。

矩形不锈钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对7组不同截面尺寸的矩形不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到了不同试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、荷载-长宽比曲线,分析了矩形截面长宽比对试件承载力的影响.研究结果表明:矩形不锈钢管混凝土短柱在轴向压力作用下,其典型破坏模式为试件局部向外屈曲破坏;在相同长宽比的情况下,壁厚由4 mm增加到6 mm时,试件承载力增加25%~57%;在相同壁厚的情况下,长宽比由1增加到2,试件承载力减小22%~30%;将本文试验数据与国内外普通碳钢钢管混凝土柱的相关规范和标准的计算结果进行对比分析,发现不锈钢管混凝土短柱轴压承载力较相同截面的普通碳钢钢管混凝土短柱承载力平均高出14%;通过数值拟合得到了轴压承载力计算公式,该计算公式能较好地预测矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力.

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能研究

为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力性能,在试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立合理的有限元模型,并进行不同混凝土强度和约束效应系数参数化分析及不锈钢管和核心混凝土的轴力分配研究。结果表明:壁厚相同时,CFSST短柱的极限荷载增大幅度由大到小为:30 MPa增加到40 MPa,50 MPa增加到60 MPa,40 MPa增加到50 MPa;混凝土强度相同时,壁厚越大,CFSST短柱极限承载力的增大幅度越小;与普通钢管混凝土不同的是,当ξss<1.2时,荷载-轴向位移曲线达到峰值点短暂下降后又继续趋于向上;不锈钢管和核心混凝土的轴力分配情况分为3类:当ξss<ξ1时,混凝土始终大于不锈钢管承担的轴向荷载;当ξss>ξ2时,与之相反;当ξ1<ξss<ξ2时,混凝土和不锈钢管先后大于对方所承担的轴力,且相差较小。

圆不锈钢管混凝土轴压力学性能的有限元分析

在确定了不锈钢与核心混凝土的材料本构模型、单元类型以及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了圆不锈钢管混凝土轴压构件的有限元模型.算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好.利用有限元模型,比较了不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系曲线.

复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱轴压试验研究

在方不锈钢管混凝土中配置圆碳素钢管,可以改善方不锈钢管对核心混凝土约束效应低、变形能力差的特点,使复式不锈钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)截面具有较高的承载力、变形能力和抗火性能,减少普通钢结构的防腐和防火施工工序;钢管的约束效应也有利于弥补添加再生混凝土块体所带来的不利影响。开展16根复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱的轴压试验,考察了再生块体取代率、约束效应系数和新旧混凝土强度等参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:复式不锈钢管再生块体混凝土短柱试件的轴压承载力随再生块体取代率的增加而降低,替代率20%时承载力最大降低幅度为6.8%;试件破坏过程及破坏形态与普通复式不锈钢管混凝土短柱相似;内部圆钢管混凝土呈腰鼓型和剪切型破坏两种类型;复式不锈钢管再生块体混凝土短柱具有良好的变形能力和剩余承载力,超过峰值荷载后,荷载–位移曲线经过短暂下降,基本维持水平或略上升,所有试件的剩余承载力达到峰值荷载的63%以上。最后,提出了复式不锈钢管混凝土截面中钢管截面对核心混凝土的约束效应的简化方法,采用4种承载力计算方法进行轴压承载力的计算并对比,结果表明,考虑圆形截面部分的承载力乘以折减系数的假定具有较好的适用性,所得承载力的计算结果与试验结果吻合较好。

复式不锈钢管混凝土轴压试验研究

钢管混凝土在实际工程中已得到广泛应用,但普通碳素钢在极端环境中的应用存在局限性。不锈钢管混凝土既有类似于普通钢管混凝土的力学性能,又能在特定环境下起到耐腐蚀作用,在特殊工程中应用前景广阔。对一系列不同内钢管厚度和强度的复式不锈钢管混凝土轴压试验,结果表明应变达到0.07时,仍能够保持80%以上的峰值承载力,具有很好的延性;内钢管厚度的增加对极限轴向承载力的下降起到了明显减缓作用,但对其影响有限;提高内钢管厚度和强度均能显著提高试件的压缩刚度;现行规范能对复式不锈钢管混凝土轴压承载力进行较为准确的估计。