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。

织物增强混凝土加固钢筋混凝土方形短柱轴压承载力试验研究

织物增强混凝土(TRC)加固混凝土结构是目前加固领域一个全新的课题,通过对TRC加固混凝土方形短柱的加固效果的试验研究,提出了TRC约束钢筋混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型。试验以加固层铺网层数和加固层粘结区织物的搭接长度为主要变化参数,对10根采用TRC加固的钢筋混凝土方形短柱进行轴压试验。试验表明TRC加固方法能有效提高短柱延性,改善裂缝扩展。随着织物网层数的增多开裂荷载和极限荷载提高幅度显著增大,但随着搭接长度的增加,承载力提高幅度增加并不明显。

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.

高强箍筋约束超高性能混凝土方形短柱轴压承载力计算方法

为研究高强箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)方形短柱的轴压承载力计算方法,对9根箍筋约束UHPC方形短柱进行了轴压试验,并结合所收集相关文献数据,在Richart破坏准则的基础上给出了约束UHPC峰值应力计算式,建议了适用于UHPC强度为130~180 MPa、钢纤维体积掺率为1.5%~2%、体积配箍率为1.5%~5.5%的高强箍筋约束UHPC方形短柱的轴压承载力算式,并与中、美设计标准进行对比。结果表明:建立的考虑钢纤维桥联作用及箍筋约束提高作用的承载力算式,其计算值与试验值吻合度较高,按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》预测的约束UHPC承载力比ACI 318-2014《混凝土结构建筑规范要求》保守;UHPC柱拟配置600 MPa以上高强箍筋,以提高约束效果;非螺旋式箍筋约束UHPC方形短柱的箍筋间距上限值可按GB 50010—2010取值。

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在现有一般方形钢管混凝土轴压短柱承载力的主要计算方法的基础上,利用前期对在带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系的研究基础上推导出的带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算公式,结合实际工程应用的需要进行简化。分别应用该公式、EC4(1996)规范及我国军用标准GJB(2000)的相关公式对带约束拉杆和不带约束拉杆的方形钢管混凝土轴压短柱试件极限承载力进行计算。计算值与试验值对比表明:对一般方形钢管混凝土轴压短柱试件,三者计算结果比较接近,均能较好反映试件的真实承载力;对设置了约束拉杆的试件,该公式由于考虑了拉杆的约束作用,给出的计算结果更为合理,EC4(1996)及GJB(2000)给出结果的均值与试验值接近,但离散性偏大。

不同加载角度与轴压比下RC短柱抗震性能试验研究

进行了加载角度为0°、22.5°及45°的钢筋混凝土方形短柱试件在轴压比分别为0.2及0.6下的低周往复加载试验,从破坏形态、承载力、延性及耗能能力等方面对钢筋混凝土方形短柱的抗震性能进行了研究。结果表明:增大轴压比能有效提高RC方形短柱的承载能力、耗能能力和减缓试件的后期强度退化,但同时会加速其刚度退化;加载角度对试件的承载力及刚度退化基本上没有影响,但延性、耗能能力及强度退化率会随加载角度的增加而增大。

配筋方钢管混凝土短柱受压试验和承载力计算

通过对不同配筋率的配筋方钢管混凝土短柱受压试验研究,在记录柱子的试验过程和静力性能变化后,给出了该类柱子轴压承载力和试件变形的结果。结果表明,相比配筋率ρ=1.45%试件而言,ρ=3.26%试件承载力提高5%左右,轴压刚度有很大程度的提高,平均提高近20%,延性有一定程度的改善。最终,讨论了方形截面的配筋钢管混凝土短柱受压承载力的计算方法,依据国内外相关规范/规程对其进行了计算,并在规范GB 50936—2014相关计算式基础上给出了简化计算式。

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。

带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,进行了2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱试件的拟静力试验。试件的主要变化参数为轴压比和约束拉杆间距。研究结果表明:钢管板件宽厚比为33.3、构件剪跨比为3的方形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;带约束拉杆试件的承载能力、极限变形能力及耗能能力均优于不带约束拉杆试件;轴压比由0.2增加到0.6,试件的极限变形能力降低,但耗能能力有所提高;约束拉杆纵向和水平间距同时从100 mm减小到50 mm,可明显提高试件的承载能力、极限变形能力和刚度,减缓承载力退化和刚度退化,改善柱的抗震性能;减小约束拉杆纵向间距对提高试件耗能能力和承载力有明显作用,减小约束拉杆水平间距对提高极限变形能力有一定的影响。

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载特性

通过对2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件的拟静力试验,研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力。采用带约束拉杆方形钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系,利用有限条带法对反复荷载作用下试件的骨架曲线进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。并利用该方法分析钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度及拉杆约束系数等参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力的简化计算式。运用简化算式及国内外技术标准分析构件的压弯承载力,简化式与试验结果吻合较好,而CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土技术规程》没有考虑约束拉杆的作用,对构件的压弯承载力评估不足。

带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱恢复力模型研究

为研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的恢复力特性,进行了2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件在低周反复荷载作用下的试验研究。基于Open Sees纤维截面建立带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的纤维模型,并对其滞回性能进行计算,数值分析结果与试验结果吻合较好,在模型得到验证的基础上,进一步考虑了轴压比、钢管壁厚、混凝土抗压强度、钢管屈服强度、约束拉杆间距、长细比等因素对骨架曲线的影响,基于分析结果,回归分析得出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱的恢复力模型。结果表明:在研究参数范围内提出的恢复力模型与试验结果吻合较好。

往复荷载下带约束拉杆方形钢管混凝土短柱应变特性

通过带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱在往复荷载下的试验,实测构件在往复荷载作用下塑性铰区约束拉杆和钢管壁表面的应变情况,分析了约束拉杆和钢管壁表面应变的发展规律。结果表明,塑性铰区约束拉杆和钢管壁的应变值随着位移角和循环次数的增加不断增大,加载方向约束拉杆的应变发展快于非加载方向,轴压比增加或约束拉杆间距增大,都使约束拉杆和钢管壁表面的应变值明显增加,表明约束拉杆的作用效应增强。钢管壁表面的纵向应变满足平截面假定。试件角部由于受到相邻钢板的约束作用钢管壁表面的应变发展较慢,约束拉杆限制了钢管壁的局部屈曲,并使约束拉杆设置处钢管壁表面的应变发展缓慢。带约束拉杆方形钢管混凝土短柱塑性铰的长度为其截面宽度的0. 43~1. 20倍。

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压性能

介绍了14个带约束拉杆方形钢管混凝土单向偏压柱试件的试验研究结果,研究试件在不同的含钢率、约束拉杆设置参数以及偏心率下的力学性能。研究结果表明约束拉杆有助提高方形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性。同时,利用国内现有规程GJB 4142—2000、DBJ 13—51—2003以及CECS 159:2004对试件承载力进行计算,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承载力试验结果。采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱进行参数研究,分析约束拉杆约束系数、钢材屈服强度、混凝土强度、截面含钢率以及长细比等主要参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响,在此基础上提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱承载力简化计算公式。该简化公式计算结果与数值计算结果基本吻合,且总体上偏于安全。