圆钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

以偏心距为主要变化参数,对6个圆钢管再生混凝土长柱进行了偏心受压单调加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,分析了荷载-轴向位移曲线、荷载-纵向应变曲线以及延性,并研究了偏心距对试件承载力的影响。结果表明:圆钢管再生混凝土长柱在偏心荷载作用下,先后经历了弹性阶段、弹塑性阶段和承载力下降阶段,具有较好的延性,其破坏主要表现为钢管壁屈曲而导致试件整体失稳破坏;试件的承载力以及纵向变形随着偏心距的增加而降低;建议采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)进行圆钢管再生混凝土偏压长柱的承载力计算。

基于机器学习的圆钢管再生混凝土长柱偏压承载力计算方法

目的 研究圆钢管再生混凝土长柱偏压承载力与各设计变量之间的映射关系,建立高精度的预测模型,并对机器学习模型进行可解释性分析。方法 建立包含155个样本的数据库,并对机器学习模型所选输入变量进行VIF检验;采用RBFNN、RF、LightGBM及XGBoost算法建立偏压承载力预测模型,基于判定系数R^(2)、均方根误差RMSE及平均绝对误差MAE,选取最适用于圆钢管再生混凝土长柱偏压承载力的预测模型;采用SHAP法解释输入变量对承载力的贡献程度及各输入变量的影响机理。结果 输入变量间的VIF系数小于5,变量间不存在明显的多重共线性;构建的XGBoost算法为最佳预测模型,模型的R^(2)、RMSE及MAE分别为0.998、16.397、7.76。结论 XGBoost模型能够实现圆钢管再生混凝土长柱偏压承载力的高精度预测;偏心率、试件直径是影响其承载力的关键变量;圆钢管再生混凝土长柱偏压承载力随着再生骨料取代率的增加而降低。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

反复荷载下方钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震性能,通过对9个组合柱试件进行低周反复荷载试验,对其地震破坏特征进行分析,并详细探究再生粗骨料取代率、型钢配钢率、方钢管宽厚比和轴压比等影响参数对组合柱承载力、延性及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:在反复水平荷载作用下组合柱呈现典型的压弯塑性铰破坏模式。组合柱的荷载-位移滞回曲线呈饱满“纺梭形”,具有较好的耗能能力。再生粗骨料取代率对组合柱的承载力的影响较小,随着再生粗骨料取代率的增加,组合柱的延性和耗能能力逐渐下降,延性和耗能能力最大分别下降7.83%和7.6%,组合柱试件承载力先升高后下降,承载力最大变化幅值为1.98%,影响幅值较小。随着方钢管宽厚比的减小或型钢配钢率的提高,组合柱的承载力和延性均得到提高,宽厚比从100降至33,承载力提高了57.44%,而型钢配钢率从4.2%增长至6.3%,承载力和延性则分别提高了21.45%和20.44%,说明方钢管宽厚比和型钢配钢率对组合柱抗震性能影响较大。另外,增大轴压比对组合柱试件的抗震性能不利,随着轴压比的增大,组合柱的滞回曲线饱满度下降,延性降低,轴压比从0.2提高到0.6,延性降低了11.11%。研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。

不同再生混凝土取代率与CFRP布层数高强方钢管再生混凝土柱轴压性能

通过轴压试验和有限元数值模拟试验研究了在轴向荷载作用下,再生混凝土取代率、CFRP布层数对CFRP约束高强方钢管再生混凝土柱轴压性能的影响.结果表明:试件的峰值承载力和初始刚度会随着CFRP布层数的增加而提高,试件的延性则会随着CFRP布层数的增加而下降,且增加CFRP布层数可使试件中部环向变形的发展延后,进而可有效提升其轴压性能;提高再生混凝土取代率会降低试件的峰值承载力、初始刚度及延性,但其破坏形态与无取代试件类似.研究结果可为类似组合柱轴压性能的评价提供参考.

钢管高强再生混凝土叠合柱偏压性能

为研究钢管高强混凝土叠合柱偏心受压性能,以混凝土类型和偏心距为参数,完成了6根叠合柱偏心受压试验,研究了不同参数对钢管高强混凝土叠合柱损伤发展过程、破坏特征、承载力和延性的影响,并基于《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(T/CECS 188—2019)和相关学者提出的公式对16根钢管混凝土叠合柱的偏压承载力进行了计算。研究结果表明:再生混凝土叠合柱与普通混凝土叠合柱的受力过程均经历了弹性、带裂缝工作和破坏3个阶段,表现出外围混凝土保护层被压碎脱落、纵筋鼓曲和箍筋外鼓等破坏特征;与普通混凝土叠合柱相比,再生混凝土叠合柱的初始刚度和变形能力有所降低,但承载力略高;随着偏心距的增加,钢管混凝土叠合柱的初始刚度和承载力迅速降低,而位移延性系数迅速增大,中和轴逐渐向受压区移动,与平截面假定的吻合度有所降低;钢管混凝土叠合柱偏压承载力计算应考虑钢管自身承载力以及钢管对核心混凝土约束效应的影响。

矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能研究

目的 研究矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压性能,提出轴压稳定承载力实用计算方法。方法 基于ABAQUS有限元分析软件,建立矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱有限元模型,分析其在不同参数下的工作机理;采用叠加原理并结合现行相关规范,给出适用于矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压稳定承载力计算公式。结果 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的破坏形态表现为在构件的中间位置产生侧向挠曲,最终因丧失稳定而破坏;长细比λ和外围混凝土强度fcu, out是影响叠合长柱轴压峰值荷载的关键参数;当λ由29增加到42和55时,峰值荷载分别降低7.3%和15.3%;当fcu, out由40 MPa提高到60 MPa和80 MPa时,峰值荷载分别提高21.4%和44.8%;轴压承载力简化计算公式与有限元模拟所得结果之比的均值和变异系数分别为0.927和0.017。结论 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱具有良好的抗压性能和初始刚度,所提出的简化计算公式可为实际工程应用提供计算依据。

设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱优化设计

目的探索设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱的增强效果,并优化设计其相关参数.方法通过分析9个无肋、单向和双向设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱偏压和轴压的试验结果,用正交试验设计和多元回归分析评价了加载初始偏心距、设置直肋集合长度对长柱极限承载力的影响.结果设直肋薄壁钢管混凝土长柱能达到较高的极限承载力,与无肋的普通钢管混凝土试件相比,偏心距70 mm试件的极限承载力提高了18.7%,偏心距40 mm试件提高了18.4%,轴压试件提高了21.1%.结论正交设计和多元回归分析证明设直肋能显著改善薄壁钢管混凝土的承载力,显示了优异的结构特征.

钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究

进行6根圆钢管再生混凝土长柱轴压的静力加载试验,观察试件受力的全过程和破坏形态,绘制出各试件的荷载-变形和荷载-应变关系曲线,分析长径比和套箍系数2个变化参数对试件变形和承载力的影响规律,采用国内外相关规程计算各试件的极限承载力并与实测值进行对比。结果表明:钢管再生混凝土轴压长柱受力过程经历了弹性阶段、弹塑性阶段和塑性下降阶段,均为弹塑性失稳破坏;长径比和套箍系数对钢管再生混凝土轴压长柱的受力性能均有影响,其中套箍系数影响较大;最后对于钢管再生混凝土长柱轴压的承载力计算及构件的设计提出建议。

方钢管约束再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示方钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大;随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压中长柱的耗能能力具有先降后升的趋势;方钢管混凝土试件的延性系数均比其再生混凝土试件的大;试件的弹性轴压刚度随取代率的增加表现为先增后减;随着长细比的增加,钢管再生混凝土中长柱的轴压耗能和弹性轴压刚度具有稳步减小的趋势,延性系数则呈现为先降低后增长之势。所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。

方钢管再生混凝土长柱轴心受压性能试验研究

以长细比为主要变化参数,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行了轴心受压单调加载试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,分析了长细比对试件承载性能的影响,并讨论了国内现行常见规范所推荐方法对方钢管再生混凝土长柱轴压承载力计算的适用性。结果表明:方钢管再生混凝土长柱轴心受压主要经历了弹性、屈服以及破坏三个阶段,长细比较小试件,主要体现为材料强度破坏,长细比较大的试件,受二阶效应影响明显,主要表现为整体弯曲失稳破坏,所有试件破坏前均出现了管壁局部屈曲现象;长细比对试件承载力影响较大,试件承载力随长细比的增加而逐渐降低;建议采用DBJ 13-51-2003与CECS 159:2004规范进行方钢管再生混凝土轴压长柱的承载力计算。研究结果可为工程应用提供参考。

圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱偏压性能分析

目的研究圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱的偏压性能,提出其偏压承载力计算方法。方法以长细比、偏心率、混凝土强度、纵筋配筋率及外钢管直径为参数,利用ABAQUS有限元分析软件建立相应的有限元模型,考察不同参数对荷载-挠度曲线和荷载-弯矩曲线的影响,并进行工作机理分析;最后基于叠加理论给出偏压承载力计算方法。结果圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在偏压状态下的受力全过程可分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段;长细比和偏心率是影响偏压承载力的主要因素,其中长细比由40增加到50和60时,承载力分别降低9.4%和18.9%;偏心率由0.2增加到0.4和0.6时,承载力分别降低31.0%和50.3%;由偏压承载力计算方法所得的结果与有限元模拟结果吻合较好。结论圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在减轻自重的情况下具有一定的承载能力和延性,偏压性能良好。

圆钢管型钢再生混凝土长柱轴压下受力性能的分析

【目的】采用有限元分析圆钢管型钢再生混凝土组合长柱在轴向荷载作用下的受力性能,为其工程应用提供技术支持。【方法】在前期试验的基础上,结合非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件对圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压性能进行数值模拟,观察试件的破坏过程及特征,获取其应力云图及轴向荷载-应变曲线;并在此试验结果的基础上,对长柱进行了有限元参数拓展分析。【结果】随着钢管径厚比的增大,长柱试件承载力降幅约为6.0%,且刚度明显降低。增大型钢配钢率时,其承载力提高了4.4%左右,但延性提高明显。随着钢管和型钢强度的增大,长柱承载力提高幅度为4.3%和4.5%左右,对试件变形能力的影响不明显。此外,提高再生混凝土强度,长柱承载力提高幅度最大可达13.9%,但其延性性能降低。【结论】利用Abaqus模拟圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压受力性能是可行的,同时也表明该组合柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。

钢管-再生混凝土-拼接木复合长柱轴压性能有限元分析

目的 研究钢管-再生混凝土-拼接木复合长柱轴压力学性能,为该类构件的设计和工程应用提供参考。方法 通过有限元软件ABAQUS对其进行数值模拟研究,探讨复合长柱的受力机理和应力分布,分析再生混凝土强度、长细比以及钢管壁厚等参数对复合长柱轴压性能的影响。结果 再生混凝土强度每增加10 MPa,构件的极限承载力分别提升6.07%、5.13%、5.90%、6.53%;构件延性系数随之逐渐降低;对初始刚度影响不显著。提高构件的长细比,其极限承载力和初始刚度均有所减小,但复合长柱延性随之有所增大。钢管壁厚从3 mm增加至7 mm,每增加1 mm,其极限承载力分别提升11.34%、8.24%、7.07%、6.54%;其延性和初始刚度均随壁厚的增加而增加。结论 钢管-再生混凝土-拼接木复合长柱的轴压力学性能良好,可以满足工程需要。

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。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

高温下圆钢管再生混凝土中长柱偏压力学性能研究

目的研究高温下圆钢管再生混凝土中长柱偏压力学性能。方法在已有试验的基础上,通过ABAQUS有限元软件建立模型,对照分析常温与高温下圆钢管再生混凝土偏压柱的受力全过程,以及不同受火时间、再生混凝土取代率、长细比、偏心距、含钢率对高温下圆钢管再生混凝土柱力学性能的影响。结果圆钢管再生混凝土偏压中长柱在高温下的承载能力大幅度降低,构件的弯曲部位较常温下降低约为1/6柱高;受火时间越长,构件的极限承载力越低;构件的极限承载力及初始刚度随着再生混凝土取代率、长细比和偏心距的增大而减小、随着含钢率的增大而增大。结论在工程设计中,对重要的柱建议采用较小的再生混凝土取代率,并适当增大其含钢率;同时应控制柱的长细比和偏心距,防止柱跨中挠度过大。

冲击荷载作用下钢管再生混凝土柱损伤评估分析

为研究钢管再生混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤,进行了16根钢管再生混凝土柱的落锤冲击试验。在试验的基础上建立了钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析不同冲击速度、冲击质量、截面含钢率对钢管再生混凝土柱损伤程度的影响。通过控制冲击质量与冲击速度,基于损伤因子d_(s)和弹塑性转角θ,划分损伤评估等级,拟合钢管再生混凝土柱损伤评估曲线。结果表明:建立的有限元模型能很好地吻合落锤冲击试验的结果,最大误差不超过10%;冲击过程中跨中挠度峰值出现时间远远滞后于冲击力峰值出现的时间,冲量是动量的1.23倍;随着冲击速度的增加,跨中挠度呈抛物线形的增长趋势,冲击质量增加对冲击力峰值影响较小,但对跨中挠度有较大影响,随着截面含钢率的增加,构件的耗能几乎稳定在90%附近;从损伤曲线图可以快速判断钢管再生混凝土柱的整体损伤情况及局部损伤情况。

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。