部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土(Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC)柱和空心预制装配型钢混凝土(Hollow Precast Steel Reinforced Concrete,HPSRC)柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。

带肋钢壳混凝土空心柱偏压试验研究

依托双鱼岛陆岛连接桥项目,对带肋钢壳混凝土空心柱进行偏压试验研究,试验设置了6个试件,以加劲肋数量和空心率作为主要研究参数,开展带肋钢壳混凝土空心柱力学性能的影响参数分析。通过对6个偏压试件的受力分析,研究发现在钢壳内表面布置纵横加劲肋可以增强钢壳与混凝土之间的粘结强度,有效地防止试件发生局部屈曲破坏,并提高试件的整体承载力、刚度和延性;另外,试件的空心率增大,试件的刚度减小、延性降低。

管片预制拼装改进技术加固水下破损桥墩偏压试验

为解决水下桥墩加固过程存在填充混凝土强度损失大、管片套筒连接效果差、新旧混凝土界面粘结效果无法保证等问题,提出采用新型的自应力不分散混凝土作为填充混凝土,同时参考盾构衬砌改进混凝土管片套筒.为验证改进方法的加固效果,考虑桥墩初始损伤和偏压的影响,设计制作了3个试件并进行偏压试验.结果表明:采用管片预制拼装改进技术(IPCSAM)加固的墩柱,其偏压承载力较原墩柱提升60%~80%,损伤墩柱加固后的承载力可达到无损伤墩柱加固后的90%,加固效果良好;与原管片预制拼装技术相比,加固效率提高了10%.

带约束拉杆T形钢管混凝土短柱偏压试验研究

进行了16根带约束拉杆和11根不带约束拉杆T形钢管混凝土短柱试件的偏压试验研究,分析了不同荷载角、偏心率、约束拉杆间距下该类型柱的偏压性能。试验结果表明:约束拉杆的设置减小钢板的屈曲半波长、延迟钢管局部屈曲的发生、提高核心混凝土的约束作用,有助于提高该类型柱的承载力和延性;临近或达到极限荷载时近力侧拉杆及钢板对核心混凝土的约束作用明显,且约束作用从近力侧向远力侧减小;偏心受压下该类型柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆T形钢管混凝土短柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型法程序对该类型柱进行参数研究。分析结果表明:钢材屈服强度、含钢率越大,N/Nu-M/Mu相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/Nu-M/Mu相关曲线向外凸出。

脱粘钢管混凝土单圆管短柱偏压试验

钢管对混凝土的套箍作用是钢管混凝土在受压后期受力性能的主要优势。但是实际工程中常出现混凝土与钢管脱粘的现象,对套箍作用的发挥产生不利的影响。进行了钢管混凝土单圆管短柱偏压试验研究,脱粘空隙的模拟采用预先放置双面涂油的镀锌板,并在混凝土浇筑5~6h后拔出的方法。试验的参数包括脱粘弧长率和含钢率。试验结果表明,这种模拟脱粘的方法是可行的。所有试件均为弯曲破坏,脱粘对试件的破坏模式没有影响,但有脱粘试件的曲率稍小于无脱粘试件。随脱粘弧长率的增大,试件极限承载力和延性均降低;而随着含钢率的增大,脱粘的不利影响程度降低。

开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究

为加强方钢管与管内混凝土的组合作用,提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比和偏心率为参数,进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验,同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏压对比试验。试验结果表明:无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%,比钢板加劲肋构件降低了4.33%,PBL加劲肋的主要作用体现在加强钢管与核心混凝土的组合作用,试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏压柱承载力计算公式为基础,考虑PBL加劲肋和孔内"混凝土榫"的作用,提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力的简化计算方法,公式计算结果与试验结果吻合良好。

灌浆套筒混合连接装配式方柱墩偏压性能试验

目的为提高灌浆套筒连接节段拼装桥墩的整体受力性能,提出内置钢管的灌浆套筒接头连接节段拼装方柱墩,并对其偏压性能进行研究。方法以钢管长度、直径及壁厚等为参数,设计了8个拼装桥墩试件,研究节段拼装桥墩在大小偏压作用下的损伤机理和受力性能。结果采用混合接头的装配式桥墩在偏压作用下破坏位置主要在桥墩中下部,随着钢管长度的增加上移而逐渐接近整体现浇桥墩,且破坏时钢管屈服。钢管长度和直径的增加可以有效提高装配式桥墩试件的承载力,采用混合接头连接装配式桥墩在小偏压和大偏压作用下竖向承载力最大分别比现浇桥墩提高了21.6%和62.2%。结论考虑内置钢管作用,提出小偏压作用下竖向承载力计算修正公式,可为内置钢管的混合接头连接节段拼装桥墩的偏压计算提供参考。

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响,提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验,建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明:构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏,达到极限承载力后,单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作,具备一定承载能力,体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范,给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合较好。

T形钢管混凝土异形柱单偏压性能研究

为研究H型钢连接的T形钢管混凝土异形柱的单偏压性能,使用ABAQUS建立3个偏压柱模型,得到3个模型的破坏形态、荷载-位移曲线,将有限元结果与已有试验结果进行对比,验证模型的有效性。建立长细比、偏心距、加载位置3个变量的有限元模型系列,得到各个变量与该T形柱受压极限承载力的关系曲线。研究结果表明,ABAQUS能较好地模拟H型钢连接的T形柱的单偏压受力过程;H型钢与钢管混凝土柱有效连接,整体截面能协同工作;增大长细比或偏心距均会降低柱的偏压承载力,加载位置影响柱的偏压承载力;随长细比的增大,H型钢连接的T形钢管混凝土柱的N/N_(u)-M/M_(u)相关曲线逐渐由曲线向直线过渡,为这种T形钢管混凝土柱在工程上的应用提供参考。

钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱偏压性能

为达到绿色建筑的目的,提出采用钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱的思路,并完成1个未加固柱、3个加固柱的轴压试验以及8个加固柱的偏压试验.结果表明:采用钢套管再生混凝土加固后,试件偏压承载力及变形性能均有显著提高,各试件平均相对承载力提高倍数达1.12倍;再生粗骨料取代率对加固试件偏压承载力的影响不明显,而偏心较大时钢管中部截面应变随取代率的提高呈微弱增长;原柱初始应力的存在使得加固试件承载力峰值提前出现,且对其变形产生不利影响;偏心程度对加固试件的影响和普通钢管混凝土类似,随偏心距的增大,试件的承载力降低而钢管受压侧应变增大,且这种规律有随粗骨料取代率增加而增强的趋势.最后,通过对比国内外不同规范和学者提出的公式,采用EC4规范计算所得结果与钢套管再生混凝土加固柱偏压承载力试验结果吻合较好.

异形截面多腔钢管混凝土巨型柱偏压性能

以北京中国尊大厦和天津117大厦巨型柱为原型,进行了4个大尺寸的多腔钢管混凝土巨型柱模型单向重复荷载偏压性能试验,包括1个中国尊八边十三腔巨型柱模型、1个中国尊八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管模型、2个天津117大厦六边六腔巨型柱模型,中国尊巨型柱模型缩尺比例为1/13,天津117大厦巨型柱模型缩尺比例为1/12.分析了不同截面形状及构造试件的损伤演化、承载力、变形恢复能力、刚度及其退化,进行了理论计算分析.研究表明:偏压荷载下各试件均具有良好的力学性能;八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管,可有效减缓试件损伤发展,明显提高试件承载力和变形能力;六边六腔巨型柱试件偏心距较小时承载力较高,偏心距较大时试件复位能力相对好.采用多国规范及纤维模型法计算了各试件N-M相关曲线和荷载-变形曲线,计算结果与试验结果相比偏于安全;考虑多腔钢管特点,在GB 50936中N-M相关曲线计算方法及韩林海钢管混凝土本构关系基础上,提出了多腔钢管混凝土统一抗压强度fsc计算的简化修正方法与公式,计算所得试件的N-M相关曲线和承载力均与实测符合较好,可供多腔钢管混凝土柱偏压计算参考.

型钢活性粉末混凝土柱大偏压性能分析

为研究型钢活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)柱大偏心受压力学性能,采用足尺试件进行大偏心受压试验.制作了6根截面尺寸为300 mm×350 mm,高度为3000 mm的型钢RPC柱,进行大偏压承载力性能试验,观察受力过程及破坏形态,测量极限承载力、侧向挠度及截面应变.试验结果表明,该组合结构具有较高的承载力及良好的变形能力,受压区RPC基本符合平截面假定,柱的极限承载力随含钢率的增加而提高,随偏心距的增大而降低.基于平截面假定,考虑截面受拉区RPC拉应力的贡献,建立了足尺型钢RPC柱的极限承载力计算公式,可供工程设计时参考.

CFRP加固不同肋板式桥台轴-偏压性能研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)对不同桥台的加固效果,采用CFRP分别加固8、10、12和14 m肋板式桥台,并进行了轴和偏压试验。结果表明:通过观察桥台裂缝,得出高度对CFRP加固桥台的受力非常敏感;加之考虑中载、偏载及人群活载、混凝土收缩应力、温度荷载等因素作用下,作用荷载不变时,随加固桥台高度增加台帽顺桥向位移逐渐减小,横向应力以3%的增幅增大。利用有限元软件Midas进行模拟,与试验结果相比,吻合良好。

复材泡沫夹芯筒加劲肋法兰连接性能试验

为了实现复材泡沫夹芯筒间及与其他结构的有效连接,提出了一种加劲肋法兰连接形式,利用真空辅助树脂导入工艺制备了一体成型的复材泡沫夹芯筒与加劲肋法兰。分别对两组复材泡沫夹芯筒加劲肋法兰试件进行了偏心压缩试验和悬臂横向荷载试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线。结果表明:复材泡沫夹芯筒加劲肋法兰在偏压荷载下,在加劲肋与夹芯筒筒身过渡处发生了纤维压缩断裂的破坏模式,该位置为偏心受压下试件的承载薄弱点。在横向荷载作用下,加劲肋法兰先发生加劲肋蒙皮纤维剥离破坏,再发生复材法兰与筒身连接部位的纤维拉伸破坏,最后复材法兰盘出现整体褶皱变形失效,法兰的破坏过程具有明显的渐进失效特征。

非连续连接的拼合钢柱受力性能试验研究

通过2.9 m高拼合钢柱的轴压试验和偏压试验,得到极限荷载、位移、应变分布和破坏模式。试验结果表明,拼合钢柱具有良好的整体受力性能;试件的破坏形态为整体曲屈破坏。轴心受压时可按填板连接的实腹式截面计算极限承载力,偏心受压时可按格构式截面计算极限承载力;连接件在整个加载过程中发生明显变形,能起抗剪作用。

CFRP约束钢管混凝土柱偏压力学性能研究

本文阐述了近期对CFRP约束圆形钢管混凝土柱的偏压性能的试验研究成果。总共制作了6个试件,研究参数为偏心距,试件长径比均为5,钢管径厚比为100,每个参数制作2个相同试件。通过偏心加载试验获得试件荷载-变形曲线、荷载-挠度曲线等,并基于试验结果分析了CFRP约束钢管混凝土柱的偏心受压工作机理。最后,对Jiang和Teng提出的CFRP约束钢筋混凝土柱偏压柱子分析模型进行修改,利用数值模型计算出试件的荷载-挠度曲线,并将其与试验测得的数据进行对比,验证了该模型的合理性。

环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响

为研究环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响,通过环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的偏压试验,研究环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的承载能力、延性和破坏模式.结果表明:随着偏心率的减小,钢管局部屈曲的发生时刻提前,试件的延性减小;环向均匀脱空试件的初始刚度与无脱空试件的初始刚度基本相同;混凝土压溃位置与钢管局部屈曲位置基本一致,压溃程度随偏心率的减小而增大,与无脱空试件相比,环向均匀脱空试件的混凝土破碎更加严重;偏压试件的受拉裂缝近似沿中截面对称分布,裂缝长度和宽度随偏心率的减小而减小;无脱空和环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱承载力计算公式与实测结果吻合良好.

钢筋网架—砼组合结构夹芯墙板受剪试验研究

研究了钢筋网架—砼组合结构夹芯墙板(简称ZW夹芯墙板)平面内偏压受剪的性能.试验制作了2个相同的ZW夹芯墙板构件,采用建筑抗震试验方法规程中的拟静力法进行了试验研究,得出了ZW体系夹芯墙板平面内偏压受剪时钢筋及砼板的应力应变、滞回曲线、承载力、裂缝开展及破坏形态,验证合厚度砼墙板模型的成立;最后给出ZW体系夹芯墙板的偏压受剪承载力公式.

圆中空夹层钢管再生陶瓷混凝土压弯构件力学性能研究

以空心率、混凝土类型、长细比和偏心率为参数变量,共进行12根圆中空夹层钢管再生陶瓷混凝土压弯构件和4根圆中空夹层钢管普通混凝土压弯构件的对比试验研究。试验结果表明:试件均为整体失稳破坏,中长柱外钢管屈曲出现在端部及中部截面附近,偏心率越大,挠度发展更快,同时承载力和刚度降低,延性增大;长柱未出现屈曲现象,与中长柱相比,其承载力和刚度降低,延性变化不明显;本次试验的空心率对刚度和延性影响不明显;与普通试件相比,再生试件在弹塑性阶段刚度略有下降,二者后期延性接近。采用本文提出受钢管约束的再生陶瓷混凝土本构关系建模能较好地模拟出本次试件的破坏形态,模拟的荷载-挠度曲线与试验结果接近,计算的峰值荷载与试验值的之比差值均在5%以内;采用再生陶瓷混凝土本构关系与普通混凝土本构关系进行有限元模拟对比:与普通试件相比,再生试件承载力略微降低,弹塑性阶段刚度有所下降,但后期延性略有增加。荷载达峰值时,随着偏心率增大,混凝土承担的荷载比例逐渐增大;与长柱相比,中长柱承担荷载比例更大;由于内管承担了部分荷载,中空试件中混凝土承担荷载小于实心试件。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱偏压性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土巨型分叉柱不同构造措施对其压弯性能的影响,以北京中国尊为原型,设计了2个1/10缩尺的分叉柱分叉节点区域模型试件,包括原型分叉柱缩尺试件BEC,以及在试件BEC基础上,将下柱顶部区域的拉结钢筋用竖向钢板替换构成的加强试件SEC-2。通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态、沿试件高度的侧向位移分布、竖向荷载-侧向位移曲线及骨架曲线、平截面假定的适用性,分析不同构造措施对分叉柱偏心受压性能的影响。基于纤维模型法,编制构件非线性计算程序,钢材采用理想弹塑性本构模型,核心混凝土分别采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》本构模型（GB模型）、考虑钢管约束效应的Hu本构模型及Han本构模型。计算结果表明：在钢材本构模型不变的情况下,GB模型与Hu模型计算弯矩-曲率曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线相差较多。Han本构模型计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线的变化趋势一致。改进Han本构模型近似考虑横隔板和多腔钢管对受压区混凝土的组合约束效应,计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线峰值接近,下降段计算弯矩值略低。