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。

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.

方形截面不锈钢管混凝土短柱轴压承载性能试验研究

为研究不锈钢管混凝土(CFSST)短柱的轴压承载性能,对9根奥氏体型S30408和9根双相型S22053不锈钢管混凝土短柱以及6根对应相同尺寸的不锈钢空钢管进行了轴压试验,试验测得了荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及短柱的破坏情况等。结果表明:CFSST短柱均呈腰鼓型破坏,不锈钢管呈现双面鼓曲、双面内凹的局部失稳破坏模态;短柱轴压承载力随着不锈钢管厚度、混凝土强度的增加而增大。将轴压承载力试验结果与分别采用欧洲规范BS EN 1994-1-1、美国钢结构设计规范ANSI/AISC 360-10、日本规范AIJ-CFT 1997、GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》和DBJ 13-51—2003《钢管混凝土结构技术规程》中钢管混凝土短柱轴压承载力计算式得到的计算结果进行对比表明,采用欧洲规范BS EN 1994-1-1得到的计算结果最为接近试验结果。

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。

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.

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,通过拟合得到的圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,与国内外主要规范的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明:圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。

不锈钢管海砂混凝土短柱轴压性能试验研究

对不锈钢管海砂混凝土轴压短柱进行了一系列的试验研究,主要试验参数包括细骨料类型(河砂、淡化海砂、海砂).研究了不锈钢管海砂混凝土轴压短柱的破坏模态、荷载与变形关系曲线、极限承载力以及其横截面强度并与不锈钢管河砂混凝土短柱进行了对比.此外,使用现行的3种钢管混凝土规程对试验试件进行了承载力计算,并与试验值进行了对比,结果表明,现行的3种规范中,DBJ 13和EC 4可以较好地计算不锈钢管海砂混凝土轴压短柱的承载力,AISC规程计算值偏于保守.总之,海砂混凝土在一般情况下用作不锈钢管混凝土短柱的核心混凝土时,其承载力与普通混凝土差异较小,表明不锈钢管海砂混凝土轴压短柱在实践中可以采用.

变截面圆钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

为研究变截面圆钢管混凝土短柱的轴压性能,开展6个变截面和2个等截面圆钢管混凝土短柱的轴压试验,试验参数包括变角度和套箍指标。从短柱整体轴压性能(破坏形态、荷载-位移曲线和变形能力)和截面轴压性能(钢管应变)两个层面对比分析变截面与等截面圆钢管混凝土短柱的异同,并得到各设计参数对整体和截面轴压性能的影响。在此基础上,建立了变截面圆钢管混凝土的截面轴压承载力计算方法,并通过对比所提计算方法和规范计算公式计算得到的轴压承载力与试验实测值,验证了计算方法的准确性。结果表明:试件上部截面的钢管纵向应变和环向应变发展较下部截面更快,弹塑性阶段和下降阶段试件整体的受力性能更多取决于试件的顶部区域和顶截面;相比于等截面短柱,在相同荷载作用下变截面圆钢管混凝土短柱中间截面的钢管纵向和环向应变更大;变截面圆钢管混凝土的钢-混相互作用非常明显;提出的计算方法不仅能考虑圆钢管与混凝土的相互作用,而且能合理考虑钢-混相互作用随变角度的增大而逐渐增强这一特性,计算得到的轴压承载力与试验值吻合较好;与其他规范相比,GB 50936—2014和CECS 28:2012中公式的计算结果更加准确,考虑到其简单实用,也可用来偏于安全地计算变截面钢管混凝土构件的截面轴压承载力。

不锈钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对9根奥氏体型和9根双相型不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,测得了短柱在轴压作用下的极限荷载、纵向应变和环向应变等,重点考察了钢管壁厚和混凝土强度对短柱承载性能的影响,并参考普通钢管混凝土设计规程欧洲规程(Eurocode 4)、美国规程(ACI 318-99)、日本规程(AIJ-CFT),我国相关规程DBJ 13-51―2003、DL/T5085―1999和CECS 28:2012计算了不锈钢管混凝土短柱的承载力并进行对比分析。结果表明,不锈钢管混凝土轴压短柱在核心混凝土强度等级相同的情况下,构件承载力随钢管壁厚的增加而增大,混凝土强度对其有影响。6种规程在计算不锈钢管混凝土短柱承载力时偏于安全,其中CECS 28:2012更接近试验结果,该文成果对不锈钢管混凝土短柱承载力的设计有一定的参考意义。

L形截面RC短柱核心区混凝土等效单轴本构关系研究

L形截面柱的箍筋约束机理不同于其他形式截面柱,为建立其核心区混凝土等效单轴本构关系,基于已有的7个混凝土L形截面RC短柱轴心受压试验研究结果,通过合理假定,将异形柱截面核心区混凝土划分成若干区域,给出了有效横向约束应力的推导过程。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载变形全过程分析,计算结果和试验结果吻合良好。完成了L形截面短柱不同参数(箍筋间距、箍筋直径、箍筋屈服强度、截面形式)对箍筋约束作用的影响规律研究。结果表明:箍筋间距、箍筋直径、箍筋屈服强度对轴向荷载-变形曲线影响较大,与未考虑箍筋约束作用的轴向荷载-变形曲线相比,其轴压承载力、峰值变形及应变延性均有不同程度的提高;截面形式对荷载变形曲线影响较小。

不锈钢管螺旋筋海洋混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不锈钢管螺旋筋海洋混凝土短柱的轴压性能,以螺旋筋直径与间距、纵筋直径与数量、螺旋筋与纵筋的截面配筋率之比为变化参数,设计了17组共51个轴压短柱进行静力加载试验,观察了短柱的受力破坏过程及形态,获取了轴向荷载-位移曲线及各钢材应变曲线,基于试验数据,分析各变化参数对该类短柱的承载力、轴压延性、耗能能力、损伤发展的影响规律。结果表明:短柱破坏形态均表现为不锈钢管局部屈曲压皱和混凝土斜向剪切破坏;配置螺旋筋和纵筋可以使短柱的承载力增大14.95%,延性系数增大73.25%,耗能系数增大19.69%,并抑制短柱的损伤发展;相同换算截面配筋率下,随螺旋筋间距增大(直径增大),短柱承载力、延性、耗能均呈递减趋势;随纵筋直径增大(数量减少),短柱承载力表现为先减小后增大、延性先增大后减小、耗能递减;螺旋筋与纵筋截面配筋率最优比值为0.875。最后提出了该类短柱的轴压承载力计算式,其计算值与试验值吻合良好。

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.

轴向冲击荷载作用下T形截面钢管混凝土短柱力学性能模拟

为研究T形截面钢管混凝土短柱在动力荷载作用下的力学性能,利用有限元软件ABAQUS对钢管混凝土短柱在冲击荷载作用下的力学性能进行数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟中建模、相关参数和单元选取的正确性。根据此数值模型对T形截面钢管混凝土短柱的力学性能进行模拟,绘制不同强度冲击荷载作用下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线、位移时程曲线。数值模拟结果表明,T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,最终破坏形态为管壁屈曲破坏。

设直肋薄壁方形钢管混凝土短柱性能研究

为了分析薄壁方形钢管混凝土的力学性能,考虑到钢材成本,在含钢量不变的条件下,对8个短柱试件进行轴压试验。通过改变构件的截面厚度和加肋形式,分析了薄壁方管内侧设单向直肋、设双向直肋和外部设单向直肋对薄壁钢管混凝土短柱的极限承载力、破坏特征及受力性能的影响。试验结果表明,在含钢量不变的情况下,构件内部设肋可以有效延缓薄壁方形钢管混凝土构件管壁局部屈曲的发生,设双肋比设单肋效果更加明显,但在改善构件极限承载力方面,效果并不明显;外侧设加劲肋的设置不能有效延缓钢管混凝土管壁的局部屈曲。

配有圆钢管的钢骨混凝土短柱轴心受压正截面受压承载力的试验研究

根据9根轴心受压的配有圆钢管的钢骨混凝土轴心受压短柱的正截面承载力试验结果,结合全截面非线性数值分析,提出了轴心受压柱正截面受压承载力的计算公式。

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱延性计算

采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,建立了基于纤维模型法的模拟带约束拉杆方形钢管混凝土短柱承载力-变形全过程曲线的非线性分析方法,计算结果与试验结果吻合良好。利用经试验验证的计算程序对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的单向和双向偏压延性进行较系统的参数分析,回归了带约束拉杆方形钢管混凝土单向和双向偏压延性简化计算公式,公式的计算精度高,形式简单。

设肋方形薄壁钢管混凝土短柱试验研究

为改善方形薄壁钢管混凝土矩柱的力学性能。本文提出了设置纵向劲肋的截面形式,进行了3种截面形式共有9个短柱试件的轴压试验。通过对各种截面形式短柱的试验现象、荷载-位移曲线及极限承载力等的研究,证明纵向加劲肋可有效提高薄壁钢管混凝土短柱的静力性能。

基于神经网络的方钢管混凝土短柱轴心受压正截面承载力计算

针对方钢管混凝土柱受力性能复杂 ,推导正截面承载力计算公式困难的特点 ,建立了方钢管混凝土短柱轴心受压正截面承载力的神经网络模型。该神经网络不但具有较好的计算精度 。

方形钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算

本文分析了方形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,借鉴约束混凝土的本构关系,提出方形钢管混凝土轴压短柱承载力计算的简化公式。基于试验结果,对所提公式中的钢管纵向强度折减系数和混凝土强度提高系数进行回归分析。用建议公式对方形钢管混凝土轴压短柱进行承载力计算,计算结果与试验和规范计算结果吻合良好。