圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对12个不同截面尺寸的圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱进行了轴压试验,得到不同试件在轴压下的破坏模式、荷载-变形曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线等进行对照。进一步分析了截面复合比、混凝土强度对试件承载力的影响。同时,基于试验数据,通过拟合得到的不锈钢复合钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与国内外的相关规范的计算结果进行对比。结果表明,圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱在轴向荷载下,其破坏形式均为延性破坏、破坏形态为腰鼓型破坏、外钢管局部屈曲;双金属钢管的应变发展基本一致,具有良好的协同作用;试件的承载力随复合比或者混凝土强度的增加而增大;相关规范中承载力计算方法应用于圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱承载力计算时偏于保守,得到的计算方法能较好地预测圆形不锈钢复合钢管混凝土短柱轴压承载力。

复合钢管混凝土柱轴压承载力的计算

为了研究具有内钢管和型钢增强的复合钢管混凝土柱的承载力,将钢管混凝土统一理论推广应用于复合钢管混凝土柱轴压强度计算中,在分析了复合钢管混凝土柱轴压受力机理的基础上,综合考虑不同内外钢材的截面形式,提出了组合等效套箍系数,应用于复合钢管混凝土柱的轴压强度计算,并将计算结果与文献的试验数据进行了对比。结果表明:可以用统一理论计算复合钢管混凝土柱的轴压承载力;该方法具有形式统一、计算简便、计算精度高的优点。

内圆外方复合钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为研究内圆外方复合钢管混凝土柱的轴压承载力,完成了10个试件的轴心受压试验。试验结果表明:达到峰值承载力时,方钢管纵向已屈服、横向尚未屈服;试件的破坏形态为方钢管向外鼓曲、沿纵向局部撕裂,方钢管与圆钢管之间的混凝土已经酥松、局部压碎;大部分试件即使纵向平均压应变达到0.11,尚能承担不小于其峰值承载力70%的轴力;压缩刚度的计算值平均为实测值的83.6%。采用钢管仅提供轴压承载力、不提供横向约束的假定计算得到的试件的轴压承载力,与试验结果符合最好。

复合钢管混凝土轴压柱承载机理分析

基于混凝土的塑性损伤模型对外方内圆型复合钢管混凝土柱轴压试件的承载机理进行研究,对比了复合钢管混凝土柱和单钢管混凝土柱在加载过程中横截面上混凝土的纵向应力分布规律,揭示了该组合构件的承载机理:复合钢管混凝土柱中核心混凝土受到内外层钢管的双重约束作用,因此,核心混凝土的轴向应力比单钢管混凝土柱的纵向应力大,极限承载力也随之增大;但夹层混凝土的纵向应力与单管混凝土纵向应力两者相差不大;在此基础上分析钢管壁厚及混凝土强度等级等参数对复合柱力学性能的影响.

复合钢管混凝土柱抗震延性分析

通过分析钢管混凝土强度提高的机理,对复合钢管约束混凝土的套箍系数计算提出建议。基于已有的复合钢管混凝土柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了复合钢管混凝土的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了设计名义轴压比、径宽比、套箍系数等参数对复合钢管混凝土柱位移延性系数的影响,得到了影响外层混凝土与核心混凝土之间轴力重分配和复合钢管混凝土柱位移延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的复合钢管混凝土位移延性系数的简化计算公式,为复合钢管混凝土柱设计中的延性计算提供参考。

复合钢管混凝土柱变形能力研究

震害表明,高层建筑中轴压比较大的钢筋混凝土柱变形能力较差,为提高柱的变形能力,并改善结构的抗震性能,采用复合钢管混凝土柱是一种有效的方式。本文通过分析钢管混凝土强度提高的机理,对复合钢管约束混凝土的实际套箍系数计算提出建议。基于已有的复合钢管混凝土柱试验,建立了复合钢管混凝土柱的有限元模型,并验证了有限元模型的合理性。在此基础上,对影响复合柱变形能力的主要因素如轴压比、径宽比等进行了参数分析。建立了复合柱屈服位移角和极限曲率的计算公式,通过数据回归分析,得到了相关参数的取值,可用于计算复合柱的屈服位移角和极限位移角,为工程抗震设计提供参考。

往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱工作机理研究

为研究往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的工作机理,建立了外方内圆复合钢管混凝土柱的有限元模型并进行计算分析,将计算结果与试验结果进行比较。在此基础上,分析了混凝土损伤设置与否的影响,比较了复合钢管混凝土柱、中空夹层钢管混凝土柱、普通钢管混凝土柱、空钢管柱的滞回性能,包括滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度和耗能等,分析了不同阶段混凝土的应力状态。研究结果表明:有限元计算的破坏形态、滞回曲线结果与试验结果吻合较好,往复荷载作用下外方内圆复合钢管混凝土柱的计算必须合理考虑混凝土材料的损伤;与其他类型柱相比,外方内圆复合钢管混凝土柱的滞回曲线饱满,其极限承载力、延性、刚度、累积滞回耗能等性能更为优越。

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证。结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合。在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加。在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏。因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加。经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小。在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏。

圆套方复合钢管混凝土短柱压扭力学性能研究

为了适用于实际工程,设计了12个以轴压比(n≤0.3)为参数的圆套方复合钢管混凝土试件,来探究压扭作用下力学性能和延性性能。结果表明:通过对扭矩-转角(T-θ)分析,当n≤0.2时,极限抗扭承载力是增大的;当n>0.2时,极限抗扭承载力有所下降。由扭矩-应变(T-ε)曲线可知,当n≤0.2时,此时轴向和环向都为受拉状态,45°方向为受压状态,说明轴力起主要作用,当n>0.2时,此时环向为受拉状态,轴向和45°方向都为受压状态,说明轴力和扭矩共同作用。通过轴压比和延性性能的关系曲线分析得出,在0≤n≤0.3时,随着轴压比增加,延性性能先增加后减小,当n=0.2时是一个突变点。由空心率和延性系数关系曲线可知,在空心率0<χ<0.55时,随着空心率的增大,延性性能也是先增加后减小,在χ=0.45时是一个突变点。最后通过有限元数值建模和试验的扭矩-转角曲线对比可知,其结果基本吻合。

复合钢管混凝土花瓶式桥墩的非线性有限元分析

提出一种新的桥墩结构形式,即复合钢管混凝土花瓶式桥墩。结合实际工程案例,利用有限元软件ABAQUS对桥梁固定墩进行非线性有限元计算。分析表明,通过选择合理的内外钢管的壁厚,配置一定数量的纵向或横向加劲肋后,将复合钢管混凝土的结构形式运用在花瓶式桥墩是合理可行的。

圆复合钢管混凝土短柱在轴压下的有限元分析

为了分析不同参数对短柱轴压性能的影响,基于有限元软件ABAQUS建立了圆复合双钢管混凝土(concrete-filled double steel tubular,CFDST)短柱在轴压下的有限元模型.针对核心混凝土受到内外钢管同时约束的情况,采用了2种核心混凝土本构模型,同时将采用2种本构模型的模拟结果与前人的试验结果进行了比较,验证了模型的正确性,提出了适合夹层混凝土、核心混凝土和钢管的本构模型.在此基础上,通过ABAQUS拓宽了参数研究范围,对圆CFDST短柱在不同参数下进行了受力分析.

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

外方内圆复合钢管混凝土抗弯性能及承载力实用计算

对外方内圆复合钢管混凝土的纯弯力学性能进行了有限元模拟,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上,进行了荷载-变形全过程受力分析和影响因素分析,基于钢管混凝土简单叠加方法,引入组合提高系数,提出了外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力实用计算公式。研究结果表明,外方内圆复合钢管混凝土抗弯承载力比简单叠加结果大,其组合提高系数的主要影响因数是外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度和内外管尺寸比,且该系数随着外管屈服强度的增加、内外管尺寸比的增加而增加,随着夹层混凝土抗压强度的降低而增加;抗弯承载力简化计算结果与实测结果和有限元结果吻合良好,且总体稍偏于安全。

新型复合钢管混凝土柱设计方法探讨

介绍了外方内圆(或外矩形内圆)新型复合钢管混凝土柱(又称为新型复合柱)的受力特点和研究进展。通过一项具体工程中柱的设计,基于现有研究成果,给出了新型复合柱的承载力计算公式,提出了其与钢梁连接节点的设计与构造建议,并与普通矩形钢管混凝土柱进行了经济性比较。结果表明:在超高层建筑底部加强区采用新型复合柱,可充分发挥内圆钢管的约束作用,提高其抗震性能;建议的节点构造简单可靠,受力机理与现有研究成果基本相同;计算公式可以偏安全地计算新型复合柱的承载力;当框架柱截面较大时,新型复合柱可比普通矩形钢管混凝土柱节省用钢量。

复合实腹式钢管混凝土柱的研究进展及设计探讨

复合实腹式钢管混凝土柱是一种配置双层钢管的混凝土柱,这种新型结构充分利用了混凝土材料与钢材各自的优点,内置钢管能够有效约束混凝土。本文系统介绍了复合柱的研究背景及进展,并对复合柱的设计进行了简要探讨,为今后的工程及科研人员提供参考。

复合钢管高强混凝土柱累积损伤性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的累积损伤性能，完成6个试件在轴压力作用下、同一水平位移往复加载10次的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比，方钢管壁板厚度及其宽厚比，圆钢管直径及厚度。试件的破坏形态基本相同，为柱底约300mm高度范围内方钢管外鼓屈曲，方、圆钢管之间混凝土局部压碎，圆钢管底部外鼓。破坏程度比往复加载3次的试件略为严重。试件的水平力-位移滞回曲线饱满；名义屈服时，试件的位移角为1／154～1／124；达到最大水平力时，试件的位移角大于1／80；试件的极限位移角大于1／60。与往复加载3次的复合柱试件的抗震性能基本相同，复合柱的抗震性能稳定。水平位移角为1／150及1／100时，试件基本无累积损伤；水平位移角为1／75、1／50及1／33时，试件有累积损伤，但不严重。增大方钢管壁厚或圆钢管壁厚，可以减小同一位移多次往复加载累积损伤引起的试件承载能力退化的幅度。

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响

作为水域中桩基础施工的围堰结构,钢护筒的应用愈加广泛,钢护筒因为施工或者拆除困难等原因有时不再回收,从而与钢筋混凝土材料一起形成钢管混凝土复合桩。为探明钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响,通过离心模型试验,着重研究钢管埋深对钢管混凝土复合桩桩侧摩阻力、桩端阻力等因素的影响。结果表明:钢管混凝土复合桩的上部钢管段(钢护筒)合理埋深为桩长的1/3,当钢管段埋深小于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力会出现双峰现象,当钢管段埋深大于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力双峰现象将逐渐消失;根据钢管混凝土复合桩的竖向承载特性,提出适用于钢管混凝土复合桩的竖向极限承载力计算公式,以期为钢管混凝土复合桩的设计与施工提供理论指导。

钢管混凝土复合桩横轴向承载特性离心模型试验研究

作为水域环境中桥梁桩基施工围堰结构,钢护筒得到越来越广泛的应用,钢护筒与钢筋混凝土桩形成钢管混凝土复合桩,其横轴向承载特性与普通钢筋混凝土桩存在巨大差异。针对水域环境中钢管混凝土复合桩的特点,选取钢管埋深和钢管挤土区土体模量两种研究变量,通过离心模型试验的方法研究了钢管混凝土复合桩的横轴向承载特性,得到了钢管混凝土复合桩的桩侧土抗力曲线、H-y曲线及桩身弯矩曲线。试验结果表明:钢管埋深在12cm范围内增大时,能明显提高钢管混凝土复合桩横轴向极限承载力,超过12cm后继续增大钢管埋深,钢管混凝土复合桩横轴向极限承载力仍继续增大,但增幅已不明显;钢管挤土区土体模量的增大能提高钢管混凝土复合桩横轴向极限承载力,但增幅度较小。研究成果将为钢管混凝土复合桩的设计与施工提供理论依据与技术保障。

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%。

复合钢管混凝土计算方法在桥梁中的应用

把以钢管混凝土为主骨架的压弯杆件 ,外包钢筋混凝土作防护和参加受力的组合截面 ,称作复合钢管混凝土。讨论了复合钢管混凝土的计算原理和方法 ,解决了钢管混凝土的锈蚀防护问题 ,可以降低造价 。