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。

方钢管再生混凝土中长柱的抗震损伤分析

方钢管再生混凝土柱可以充分发挥钢材与再生混凝土的材料性能优势,不仅具有良好的力学性能和抗震性能,而且还科学地处理了建筑垃圾。为了探索方钢管再生混凝土中长柱在低周往复荷载作用下的损伤演化规律,文章根据6根柱的低周往复加载试验,研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震损伤的影响,分析各试件的破坏形态和刚度退化规律,且采用4种损伤分析模型对各试件进行损伤分析研究。基于不同损伤模型的计算结果,给出方钢管再生混凝土中长柱对应不同抗震性能水准的量化损伤指标。研究结果表明:对于不同变化参数下的方钢管再生混凝土中长柱试件,不同损伤分析模型计算所得各个试件的损伤指标值都呈单调增加趋势;随着轴压比的增加,试件的承载力有所提高,变形能力减小,累积损伤加重;随着长细比的增加,试件的承载力降低,变形能力提高,累积损伤减轻;随着钢管壁厚的增加,试件的承载力和变形能力均提高,累积损伤有所减轻。

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明:设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。

窄翼缘PEC中长柱轴压整体稳定性能试验研究

为研究窄翼缘PEC中长柱轴压整体稳定性能,设计制作9根组合长细比介于76~141(正则化长细比介于0.84~1.55)的窄翼缘PEC中长柱,进行轴压整体稳定性能试验。研究窄翼缘PEC中长柱的初始弯曲、长细比、混凝土强度等因素对其破坏模式和轴压整体稳定承载力的影响。试验结果表明,窄翼缘PEC中长柱在轴压荷载下的破坏模式表现为绕弱轴的弯曲失稳,长细比和初始弯曲显著影响试件的破坏模式和极限承载力。当试件的正则化长细比大于1.0,初始弯曲大于L/1000时,试件的破坏模式表现为整体极值点失稳;当试件的正则化长细比大于1.0,初始弯曲小于L/2000时,试件的破坏模式表现为弹性平衡分岔失稳;当试件的正则化长细比小于1.0,初始弯曲小于L/2000时,试件的破坏模式介于弹塑性极值点失稳和平衡点分岔失稳之间;初始弯曲一致时,试件的极限承载力随着长细比的增大迅速降低。采用ABAQUS有限元软件建立窄翼缘PEC中长柱有限元模型,将计算承载力与现行规范计算结果进行对比。结果表明,试件轴压整体稳定承载力比规范承载力高出20%,按现行规范计算整体稳定承载力时,没有充分考虑混凝土和型钢的协同作用,规范计算结果偏保守。

矩形钢管混凝土中长柱轴压性能研究

为研究矩形钢管混凝土中长柱的轴压性能,基于合理的混凝土和钢材本构模型,采用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化足尺中长柱有限元模型,该模型考虑钢管与混凝土之间相互作用、初始缺陷。试验结果验证了该方法的准确性。在此基础上,全面分析了中长柱加载过程的变形规律,详细考察了中长柱破坏模式,进而揭示了矩形钢管与核心混凝土之间的相互作用。最后,探讨了混凝土强度、钢材屈服强度、截面含钢率、截面长宽比以及长细比对矩形钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究表明:长细比对矩形钢管混凝土中长柱稳定性影响较大,其次是截面含钢率,而混凝土强度、钢材屈服强度和截面长宽比的影响非常小,可忽略不计。

圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土中长柱偏压性能试验研究

为研究圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete with coarse aggregate filled steel tube,CA-UHPCFST)中长柱的偏心受压性能,考虑长径比和偏心距的影响,设计制作了7个圆形CAUHPCFST中长柱试件,通过偏心受压试验,重点考察构件的破坏形态、荷载-变形关系曲线、侧向挠度分布曲线、荷载-应变关系曲线、延性和极限承载力。研究表明:圆形CA-UHPCFST中长柱在偏心受压下发生弯曲失稳破坏,其荷载-变形曲线经历了弹性段、弹塑性段和下降段;极限承载力随长径比和偏心距的增加而降低,延性系数随长径比的增加而减小,而随偏心距的增加呈先增加后减小的趋势。规范GB 50936−2014可较好地预测圆形CA-UHPCFST中长柱偏心受压极限承载力。研究成果可为钢管超高性能混凝土的进一步研究与推广应用提供参考。

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明:大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。

多室式钢管混凝土T形中长柱轴压性能研究

为了实现对多室式钢管混凝土T形柱轴压稳定性能的研究,进行6个中长柱试件及4个短柱对照试件的轴压试验,重点考察前者的破坏形态、荷载-变形关系及截面尺寸对承载力的影响。试验结果表明,中长柱的力学行为与短柱有较大不同,其破坏属于整体弯曲破坏,增大腹板高度对承载能力会产生有利影响。同时,将改进Mander模型后所得的混凝土本构关系引入有限元软件ABAQUS中,对试验进行了有限元模拟,其结果与试验结果吻合较好。在试验及有限元分析的基础上确定了中长柱与短柱之间的界限长细比,并对这一新型结构柱稳定承载力的计算方法进行了探讨,给出可供实际应用参考的计算公式。

自应力钢管轻骨料混凝土轴压中长柱的承载力计算

为了研究自应力钢管轻骨料混凝土中长柱在轴心力作用下的力学性能及承载能力，对十几根不同长细比的柱子在轴压状态下进行了测试分析，并提出了自应力钢管轻骨料混凝土轴压中长柱的承载力计算公式。

钢管煤矸石混凝土轴压中长柱的非弹性屈曲荷载

论述了普通钢管混凝土结构、钢管煤矸石混凝土结构的研究及发展现状.分析了煤矸石作为二次资源代替普通砂石作骨料的可行性.并指出煤矸石混凝土灌入钢管,构成的钢管煤矸石混凝土组合材料在应用于建筑物的竖向承重构件中所具有的优越性;并用切线模量理论推导出计算钢管煤矸石混凝土轴压中长柱非弹性屈曲荷载的计算公式;进行了钢管煤矸石混凝土轴压中长柱的试验测试,将理论计算结果与实验结果进行对比;确定了钢管煤矸石混凝土轴心受压短柱与中长柱以及中长柱与长柱的界限长细比;为将钢管煤矸石混凝土结构应用于工程实践奠定了理论基础.

方钢管约束再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示方钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大;随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压中长柱的耗能能力具有先降后升的趋势;方钢管混凝土试件的延性系数均比其再生混凝土试件的大;试件的弹性轴压刚度随取代率的增加表现为先增后减;随着长细比的增加,钢管再生混凝土中长柱的轴压耗能和弹性轴压刚度具有稳步减小的趋势,延性系数则呈现为先降低后增长之势。所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。

圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示圆钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:再生粗骨料取代率的增加,试件的耗能能力随之提高,弹性轴压刚度也变大,且圆钢管再生混凝土试件的延性系数均比圆钢管混凝土试件的大,承载能力也在取代率为50%时达最大;当试件的长细比增大后,耗能能力和弹性轴压刚度均表现为先增后减的趋势,延性系数则保持增长的态势,而承载能力有所降低;所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。

内置钢骨的L形截面钢管混凝土中长柱轴心受压试验研究

内置钢骨的组合异形截面钢管混凝土柱是一种新型重载组合柱。为了解此类构件的轴压稳定承载力,以内置钢骨的L形截面钢管混凝土柱为研究对象,考虑配箍率、配骨率和长细比等参数的影响,进行17个试件轴压试验。分析试件的受力过程,实测试件的荷载-平均纵向应变曲线(N-εl)、荷载-挠度曲线(N-δ)和极限抗压承载力,研究各参数对试件轴心受压力学性能的影响。试验结果表明:组合柱轴压变形为"S形",主要破坏形态为柱端局部屈曲破坏;随着长细比增加,试件极限承载力逐渐减小,配箍率和配骨率是决定试件极限承载力的关键因素;参考国内外相关规范的计算条文,提出内置钢骨的L形截面钢管混凝土柱轴心受压稳定性承载力的实用计算公式,计算结果与试验吻合良好。

CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土中长柱的受力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱轴心受压试验,把复合加固柱核心混凝土分成有效约束区和弱约束区,研究了有效约束区和弱约束区混凝土的本构关系.在此基础上,把柱截面划分成若干计算单元,编制了全过程分析程序进行数值模拟计算.研究表明,计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考.

掺废弃混凝土块的钢管混凝土中长柱轴压试验研究

设计9根试件,通过单调加载试验研究了掺废弃混凝土块的钢管混凝土中长柱轴压性能,分析了废弃混凝土块掺入率对试件受力过程、破坏形态、承载力和延性的影响。研究结果表明:掺入率对试件的受力过程及破坏形态影响较小,所有试件均经历了弹性阶段、屈服阶段及破坏阶段,破坏形态均为材料破坏,但轴压承载力随掺入率的提高而降低。借鉴国内外钢管混凝土结构设计标准计算试件承载力,并与试验结果对比分析,给出了掺有废弃混凝土块的钢管混凝土中长柱的轴压承载力的建议设计公式,可为钢管再生混凝土后续研究和推广提供参考。

CFRP-方钢管高强混凝土中长柱的轴压性能

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的受力全过程,得出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的工作机理和静力性能,为更进一步的研究奠定基础.方法在6根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱试验的基础上,比较分析了6种构件不同的破坏形态、荷载—纵向应变曲线、荷载—横向应变曲线以及各种因素对承载力的影响.结果在加载过程中,对比于同等尺寸的普通方钢管高强混凝土构件,构件的弹性段明显增加,构件的破坏形态均为失稳破坏,达到极限承载力后,构件的承载力有反弹.结论CFRP的存在有效地延缓和抑制了高强混凝土中剪切斜裂缝的产生,使方钢管的约束作用得到充分发挥,内置CFRP圆管轴压中长柱的极限承载能力相比于普通方钢管高强混凝土轴压中长柱有了显著的提高.

内置钢骨GFRP管混凝土中长柱偏压承载力分析

为了提出内置钢骨玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)管混凝土中长柱的偏压承载力计算方法,文章通过对7根内置钢骨GFRP管混凝土中长柱进行偏压试验,分析了长细比、偏心距、混凝土强度对组合柱偏压性能的影响,建立了考虑偏心距影响的承载力折减系数计算公式。利用ABAQUS有限元分析软件,对组合柱轴压性能进行数值模拟,在验证有限元分析结果正确的基础上,确定了短柱与中长柱长细比的界限值以及组合柱弹性失稳长细比的界限值,推导了考虑长细比影响的承载力折减系数计算公式,建立了组合柱偏压承载力实用计算公式,并将理论值与试验值进行了对比。结果表明,组合柱的偏压承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,建立的偏压承载力计算公式理论值与试验值吻合良好。

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏;在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大;短柱与中长柱界限长细比λ0=10~11,中长柱与长柱界限长细比λp=86.4~96.0;与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。

加大截面加固砼轴压中长柱纵向稳定系数的试验研究

本文针对实际工程中经常采用的加大截面加固钢筋混凝土结构的方法，进行了中长柱加大截面加固的试验研究，通过对试验结果的分析，文中认为，加固柱纵向稳定系数采用《混凝土结构规范》ＧＧ１０—８９规定的一般钢筋混凝土中长柱的纵向稳定系数基本上是可行的。

黄河淤泥承重多孔砖砌体中长柱抗压性能

针对目前对黄河淤泥承重多孔砖墙体实际受力规律掌握不足的现状,基于正交试验,通过对砌体中长柱的抗压试验来模拟墙体的受力情况,考察砂浆强度、偏心距和高厚比对试验结果的交叉影响。描述试验及破坏过程并对试验结果进行分析,得出黄河淤泥多孔砖中长柱的抗压性能,结果表明其与实心黏土砖同类构件受力破坏规律相同,在开裂荷载、承载力等方面优于实心黏土砖。黄河淤泥承重多孔砖可以替代实心黏土砖作为一种新型承重墙材。