圆形和方形钢管混凝土柱工作性能与经济性比较

从钢管混凝土轴心受压的工作性能出发,较全面地比较了等效截面的承载力和刚度,结果是圆形比方形截面构件的承载力高25%左右,抗弯刚度高约20%.压弯构件的承载力也高不少.从截面组成、梁柱节点构造和施工的分析,可见圆钢管混凝土也优于方钢管混凝土.从构件的抗火性能比较,圆形构件也比方形的可节省防火涂料或防火保护层13%.因此,采用圆钢管混凝土是经济合理的.

圆形钢管混凝土柱轴压承载力及承载力组成研究

为了研究相互作用下圆形钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)柱中钢管和混凝土各自的承载力贡献,通过ABAQUS软件中的VUMAT子程序导入一种新的混凝土材料本构,建立了能够反映CCFST柱中钢管和混凝土相互作用的三维有限元模型,并通过试验数据验证了模型的荷载-位移曲线、钢管和混凝土的荷载-变形曲线以及侧向变形曲线。在此基础上分析了混凝土强度、钢管屈服强度、径厚比以及套箍系数对CCFST柱承载力及其组成的影响。然后结合有限元模型推导了CCFST柱在轴压荷载下峰值承载力的数学模型,模型中提出的钢管环向应力比例系数和混凝土承载力贡献系数可以评估钢管和混凝土的受力状态。将计算模型与现行规范及现有研究进行对比,发现提出的计算公式具有良好的计算精度,且可以评估钢管和混凝土各自的承载力贡献。

足尺拼接式方形高强钢管混凝土柱轴压承载力数值分析

对两种不同的新型拼接式方形高强钢管混凝土足尺柱的轴压承载性能进行了数值模拟,分析了混凝土强度、钢材强度、缀材间距和宽厚比对该类组合柱轴压承载力及荷载–位移曲线的影响规律,研究表明:同种参数影响下两种形式的组合柱荷载–位移曲线及承载力变化规律相似;材料强度和宽厚比对承载力影较为显著,如钢材屈服强度从345 MPa提升至460 MPa时,两种组合柱承载力分别提高了9.13%和9.42%,宽厚比从83.3增大至100时,两类柱子承载力分别降低了5.08%和5.00%;可初步采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》计算该类新型柱的轴压承载力。

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。

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。

圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压性能有限元分析

目的研究圆钢管煤矸石混凝土中长柱的轴压性能,找到各设计参数对试件轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式,推广钢-煤矸石混凝土组合结构。方法采用ABAQUS有限元分析软件建立圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压有限元模型,分析典型试件受力全过程的应力分布、荷载分配以及不同参数变化对其轴压承载力的影响。结果相同设计参数下,钢材屈服强度与含钢率是承载力的关键影响因素;而随煤矸石粗骨料取代率的增加,试件的承载力降低幅度未超过3.6%。结论掺入煤矸石粗骨料后的试件仍具有较高承载力,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)中的方法对计算式进行修正后的误差在10%以内,适用于圆钢管煤矸石混凝土中长柱,能够满足实际需求。

方形钢管混凝土叠合柱三面受火下力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的有限元模型,通过现有相关文献试验数据对有限元分析方法的有效性进行验证后,分析方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的温度场分布、破坏形态、轴向位移-时间关系、内力重分布、应力、应变等力学性能,并对影响构件耐火性能的相关因素进行参数分析。结果表明,方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的横截面温度场分布呈单轴对称形态,荷载比、长细比、柱截面尺寸、外部混凝土抗压强度、截面含钢率是影响构件耐火极限的主要影响因素。基于对各主要参数影响规律的系统分析,提出三面受火下方形钢管混凝土叠合柱耐火极限简化计算公式,为此类构件在该种受火工况下的抗火设计提供参考。

圆形有压隧洞钢管混凝土衬砌施工技术

针对隧洞开挖断面小、衬砌厚度薄、流速大等施工难点,采用钢管加自密实混凝土衬砌结构形式。笔者结合工程实例,介绍小断面隧洞衬砌施工中钢管安装、回填灌浆、自密实混凝土浇筑等施工工艺方法和控制措施,可为类似隧洞衬砌施工提供参考。

椭圆形钢管再生混凝土组合柱轴压力学性能分析

为研究椭圆形钢管再生混凝土(RACFEST)组合柱轴压力学性能,共设计了24根RACFEST轴压短柱进行试验;基于钢材的双折线本构模型以及引入椭圆形钢管修正系数的约束再生混凝土本构模型,对4根RACFEST组合柱以及2根钢管再生混凝土组合柱进行模型验证,证明了边界条件以及材料本构模型的合理性。基于此,对24根RACFEST组合柱进行拓展参数分析,并对RACFEST组合柱在轴心荷载作用下的破坏模式进行了深入剖析。研究结果表明,100%取代率的RACFEST组合柱的轴压极限承载力对比0%取代率的RACFEST组合柱的轴压极限承载力仅下降了17.5%。在所取参数范围内,24根RACFEST组合柱在轴心荷载作用下的破坏形式类似,表现为混凝土向外膨胀,钢管向外鼓曲。通过引入再生混凝土取代率影响系数,统计回归出RACFEST组合柱的轴压极限承载力公式,计算出的极限承载力值与模拟承载力极限值最大误差为7.09%,满足工程精度要求。该研究成果为RACFEST组合柱在实际工程中的应用奠定了理论基础。

方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压力学性能研究

为研究方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压力学性能,合理选取材料本构关系,建立方形钢管混凝土叠合柱三面受火后力学数值模型,对构件三面受火后的破坏形态、承载力-位移曲线、轴力分布进行分析.参考实际工程常用范围,对影响方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压极限承载力的主要因素进行参数分析.结果表明:方形钢管混凝土叠合柱三面受火后破坏形态为弯曲破坏;受火时间、截面尺寸、长细比、核心面积比、偏心率、截面配筋率对方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压极限承载力影响较大.

方形钢管混凝土超声波检测技术

叙述了方形钢管混凝土质量的超声波检测原理、判定方法及检测实例.实践证明,用超声波检测方形钢管混凝土质量是行之有效的.

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压工作机理

为研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压的工作机理,采用考虑材料泊松比变化、钢管和核心混凝土界面作用及钢管残余应力的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对其偏压受力全过程进行分析.从横向变形、荷载-竖向位移曲线、核心混凝土纵向应力分布、钢管与核心混凝土的相互作用、约束拉杆的影响等方面讨论了带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压工作机理.结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好;设置约束拉杆可减小构件的横向挠曲变形,改变截面的变形模态,增强钢管对核心混凝土的约束效应,提高短柱的偏压承载力和延性;约束拉杆间距越小,短柱的延性越好,偏压承载力越大;泊松比对短柱偏压承载力具有一定影响,残余应力则对其几乎无影响.

方形钢管约束下核心混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束下核心混凝土的等效单轴受压本构关系.基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等.采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好.所建议的本构关系可用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性.

带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的力学机理进行分析,借鉴约束混凝土本构模型,基于等效侧向压应力的概念,提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土柱数值计算的核心混凝土本构关系,并结合有关试验结果对本构关系中的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系全过程计算,计算结果与试验结果比较,两者吻合良好。

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能

假定方形钢管混凝土构件的钢管板件在非载荷边受到弹性约束,应用能量法对钢管局部屈曲强度计算公式进行了推导;并利用已有试验结果对计算公式的正确性进行了验证。在此基础上利用该公式对约束拉杆方形钢管混凝土构件在轴压下的屈曲性能进行分析,分析表明约束拉杆能有效提高构件钢管屈曲系数,从而提高钢管壁抵抗局部屈曲的能力。最后,给出了约束拉杆纵向间距的合理设置值以及带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的钢管宽厚比限值。

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高.通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数.计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10 0左右.从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b/t.

带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱的试验研究

为了解带约束拉杆方形钢管混凝土短柱在单向偏心荷载作用下的力学性能,进行了14个试件的偏压试验,主要研究截面含钢率、荷载偏心率以及约束拉杆设置对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压力学性能的影响.结果表明,方形钢管混凝土短柱试件的承载力随着偏心率的增大而减小,随着钢管壁厚度(含钢率)的增大而增大,设置约束拉杆有助于该试件极限承载力和延性的提高.文中还利用国内现有规程中的方法对该类试件的承载力进行了计算,发现规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件的级限承载力.

方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力

采用双剪统一强度理论,综合考虑方形薄壁钢管的局部屈曲效应以及轻骨料混凝土与普通混凝土多轴强度准则差异的影响,推导出了方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,同时分析了拉压比、材料强度参数、宽厚比和混凝土强度对极限承载力的影响。结果表明:该计算结果与文献试验结果吻合良好,验证了公式的合理性;该结果为方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力分析计算提供了理论依据,具有工程参考价值。

椭圆形钢管混凝土构件性能的研究Ⅰ:轴压短柱和长柱

本文通过理论方法推导出椭圆形钢管混凝土短柱轴心受压时外钢管与核心混凝土之间相互作用力的分布规律,并采用有限元模拟,得到核心混凝土侧压力分布云图,然后根据以上两种结果提出了核心混凝土有效受压区的分布假设,基于"统一理论"的思想,在已有圆钢管混凝土轴压短柱承载力统一公式的基础上,分析出椭圆形截面对套箍效应的影响,最终得出适合于椭圆形钢管混凝土轴压短柱的实用强度统一计算公式。同时,进行了6根椭圆形钢管混凝土短柱轴压试验,试验结果与公式计算结果吻合良好,有效地验证了公式及理论推导、有限元模拟的正确性。并在此基础上得到轴压长柱的稳定系数。