矩形不锈钢管混凝土柱双向偏压力学性能试验研究

完成了14根矩形不锈钢管混凝土柱在双向偏压下的试验研究,试验考察的主要参数为:荷载偏心率、混凝土强度和试件长度。试验结果表明:在双向偏心受压荷载作用下,矩形不锈钢管混凝土柱具有良好的延性;荷载偏心率、混凝土强度和试件长度对矩形不锈钢管混凝土双向偏压试件的承载力和延性都有着明显的影响,跨中截面的应变变化符合平截面假定。采用现有《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ/T 13—51—2010)中的钢管混凝土双向压弯相关方程对试验构件的极限承载力进行了计算,其结果和试验值吻合较好。

双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱轴压试验及承载力计算模型

目的 研究双不锈钢管约束海水海砂混凝土柱(DSTSCC)试件的轴压性能、破坏形态和轴压承载力计算模型,为该类构件的轴压承载力计算提供试验和理论研究参考。方法 对24个DSTSCC试件进行轴压试验,分析外管壁厚、芯管壁厚和芯管直径等参数对其破坏形态、应力-应变曲线和承载力的影响规律。结果 双不锈钢管约束试件的破坏形态以腰鼓型破坏为主;由于不锈钢受拉本构无明显的屈服台阶,可以持续地约束核心混凝土,试件应力-应变曲线无明显的下降段,表现出较好的延性特征;随外管壁厚增大,轴压承载力可提高6%~25%;随芯管壁厚增大,轴压承载力可提高3%~20%;随芯管直径增大,轴压承载力呈现为先提高后降低的趋势。结论 基于试验破坏机理分析和理论分析,所建立DSTSCC试件的轴压承载力计算模型相较于既有承载力计算模型,具有更好的适用性。

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。

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.

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。

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。

带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

设置对穿螺栓可以提高钢管混凝土短柱的力学性能,以试件同参数的ANSYS模型为原始算例,研究对穿螺栓的直径和纵向间距、套箍系数、宽厚比、长宽比、材料强度等参数对其轴压力学性能的影响。结果表明:设置对穿螺栓可以提高钢管对核心混凝土的约束效应,核心混凝土的应力分布表现为以对穿螺栓为分界线形成两个有效约束区,且四个角部的应力值最大;随着对穿螺栓纵向间距的减小、直径的增大,试件的承载力、变形能力、延性提高;试件承载力可随着套箍系数的增加、宽厚比的减小、材料强度的增强有小幅度提高。提出带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力的计算方法,得到的计算值和试验值吻合良好,该方法还同样适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算,计算过程简便且准确度高。

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.

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱轴压试验研究

在方不锈钢管混凝土中配置圆碳素钢管,可以改善方不锈钢管对核心混凝土约束效应低、变形能力差的特点,使复式不锈钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)截面具有较高的承载力、变形能力和抗火性能,减少普通钢结构的防腐和防火施工工序;钢管的约束效应也有利于弥补添加再生混凝土块体所带来的不利影响。开展16根复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱的轴压试验,考察了再生块体取代率、约束效应系数和新旧混凝土强度等参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:复式不锈钢管再生块体混凝土短柱试件的轴压承载力随再生块体取代率的增加而降低,替代率20%时承载力最大降低幅度为6.8%;试件破坏过程及破坏形态与普通复式不锈钢管混凝土短柱相似;内部圆钢管混凝土呈腰鼓型和剪切型破坏两种类型;复式不锈钢管再生块体混凝土短柱具有良好的变形能力和剩余承载力,超过峰值荷载后,荷载–位移曲线经过短暂下降,基本维持水平或略上升,所有试件的剩余承载力达到峰值荷载的63%以上。最后,提出了复式不锈钢管混凝土截面中钢管截面对核心混凝土的约束效应的简化方法,采用4种承载力计算方法进行轴压承载力的计算并对比,结果表明,考虑圆形截面部分的承载力乘以折减系数的假定具有较好的适用性,所得承载力的计算结果与试验结果吻合较好。

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.

不锈钢管组合短柱轴压承载能力试验研究

通过对18个试件的轴压试验,该文深入探讨了方形与圆形截面不锈钢管与钢纤维增强再生混凝土组合柱的轴压性能。试验重点观察了破坏形态、承载力及变形能力等关键性能指标,并系统分析了截面形状、钢纤维掺量及再生骨料替代率等因素对承载力和变形的影响。结果显示:屈服荷载与峰值荷载的差异较小,但对应的变形差异较大,说明屈服后的塑性特征明显,承载力增长有限,而变形增长明显,直至达到峰值荷载;钢纤维掺量在0~2%范围内,其用量的增加可稳步提升组合短柱的承载力;无论方形截面或圆形截面,钢纤维的增强效果对强度更低的再生骨料更有效;随着再生骨料替代率的提高,短柱的承载力与变形能力均逐渐降低;黏土砖空隙率高,搅拌过程中吸附了大量自由水,起到内养护作用,促进了混凝土强度的后续发展,可以在一定程度上补偿因再生骨料而导致的短柱承载力损失;圆形截面的变形能力更好,峰值荷载对应的压缩变形为2.31~5.75 mm,大于同条件下方形截面(1.96~3.76 mm)。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

矩形钢管混凝土柱与H型钢梁偏心连接节点有限元分析

为保证主要建筑空间的效果,矩形钢管混凝土柱与H型钢梁间较多采用偏心连接。本文结合一装配式高层钢结构住宅案例,介绍了相关的设计,并利用ABAQUS软件对钢管混凝土柱-钢梁偏心连接节点进行了节点受力分析。节点有限元分析表明,本项目案例中满足规范构造要求的钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点承载力可满足大震弹性的要求。钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点在达到节点极限承载力时塑性区分布与中心连接节点的塑性区分布有较大不同,两者屈服机制有较大不同。

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。

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土矩形柱力学性能研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土矩形柱的抗震性能,本文采用了Abaqus软件,对钢筋混凝土矩形柱进行了数值模拟。本文分析了锈蚀率、轴压比、非加密区箍筋间距、纵筋直径等因素对其抗震性能的影响。研究结果表明,在反复荷载作用下,随着锈蚀率和非加密区箍筋间距的增加,RC矩形柱的水平向抗剪承载力明显下降,其延性也随之降低。增大纵筋直径可以有效提高RC矩形柱的抗剪承载力并增强其延性。然而,随着轴压比的增加,RC矩形柱的抗剪承载力显著提高,但其延性却明显降低。随非加密区箍筋间距增大,RC矩形柱的抗剪承载力和延性显著下降。

内嵌十字型钢的方形劲性不锈钢管混凝土柱耐火性能

通过在不锈钢管混凝土柱中内嵌型钢组成劲性不锈钢管混凝土柱,在降低不锈钢用量的同时使柱体具有更优的延性和耐火性能。采用有限元模拟的方法对内嵌十字型钢的方形劲性不锈钢管混凝土柱的耐火性能开展研究。首先建立火灾下方形劲性不锈钢管混凝土柱耐火性能分析的有限元模型,并采用相关试验的温度场及耐火性能数据对其进行充分验证;基于验证的有限元模型,对不同荷载比作用下一典型劲性不锈钢管混凝土柱的温度历史、轴向位移-时间关系、典型破坏模态和截面内力重分布等开展分析,明确其火灾下的工作机理;同时与等含钢率的不锈钢管混凝土柱开展对比分析。结果表明:内嵌型钢有助于提高高温下柱体的轴向、侧向刚度,劲性不锈钢管混凝土柱的破坏模态表现为轴向压缩破坏;在低火灾荷载比下,由于型钢分担部分从不锈钢转移的荷载,允许不锈钢发生更高的温度材性劣化,进而提高了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,该提升效果越显著。

矩形钢管混凝土中长柱轴压性能研究

为研究矩形钢管混凝土中长柱的轴压性能,基于合理的混凝土和钢材本构模型,采用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化足尺中长柱有限元模型,该模型考虑钢管与混凝土之间相互作用、初始缺陷。试验结果验证了该方法的准确性。在此基础上,全面分析了中长柱加载过程的变形规律,详细考察了中长柱破坏模式,进而揭示了矩形钢管与核心混凝土之间的相互作用。最后,探讨了混凝土强度、钢材屈服强度、截面含钢率、截面长宽比以及长细比对矩形钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究表明:长细比对矩形钢管混凝土中长柱稳定性影响较大,其次是截面含钢率,而混凝土强度、钢材屈服强度和截面长宽比的影响非常小,可忽略不计。

双层矩形钢管-轻质混凝土短柱轴压性能

为了提高冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙中端柱的轴压承载力,提出双层矩形钢管-轻质混凝土组合柱。对不同构造形式的6个短柱进行轴压试验,研究截面尺寸和高宽比对短柱破坏模式、荷载-位移曲线和极限承载力的影响,分析内、外钢管应变发展规律。结果表明:不同截面尺寸和高宽比短柱的破坏模式不同;随着截面尺寸的增大,试件的破坏模式由外钢管端部的局部屈曲转为外钢管端部屈曲和中下部鼓曲;随着高宽比的增大,试件外钢管顶端屈曲程度增大;内部破坏特征为内钢管的局部鼓曲和轻质混凝土的剪压破坏;试件极限承载力随截面尺寸的增大而提高,随高宽比的增大而降低。基于以上结果,建立了该新型组合短柱的轴压承载力计算公式。