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。

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

矩形钢管混凝土短柱的轴心受压性能分析

采用考虑钢—混界面的接触的非线性有限元方法分析了内加劲肋矩形钢管混凝土短柱轴心受压性能。分析结果表明,矩形钢管混凝土短柱的轴压破坏过程表现出明显的弹塑性特征,短柱破坏时,钢管中部的纵向应力水平普遍较高,横向应力仅在壁板的角点处偏高;钢管内壁设置的开孔钢板加劲肋能够有效约束钢管壁板的鼓曲变形,改善钢管壁板的屈曲形态,提高钢管壁板的屈曲荷载;开孔钢板加劲肋还能起到提高钢管壁板对管内混凝土约束作用的效果。

圆钢管超高性能混凝土短柱偏压力学性能研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏;荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓;达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定;偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。

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。

带肋方钢管混凝土轴压短柱承载性能有限元分析

带肋方钢管混凝土是一种具有卓越性能被广泛应用的结构材料。使用ABAQUS有限元软件,对方钢管混凝土短柱进行了有限元分析,得出了方钢管混凝土短柱在轴向压力下的荷载-位移全过程关系曲线。增加加劲肋的设计,可以有效提高方钢管混凝土短柱的承载能力;随着加劲肋个数和钢管厚度的增加,构件的极限承载力也得到了提高。

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。

截面短长轴比对椭圆钢管混凝土柱抗爆性能影响

目的 研究椭圆钢管混凝土柱抗爆性能,分析截面短长轴比对其抗爆性能的影响。方法 利用LS-DYNA有限元软件建立TNT炸药-空气-椭圆钢管混凝土柱-刚性地面整体三维实体有限元模型,分别从短轴和长轴两个方向进行起爆设置,探究椭圆钢管混凝土柱受爆炸荷载作用后冲击波传递特性。结果 与双向刚度相同的柱子相比,椭圆钢管混凝土柱抗爆冲击波反射、衍射作用更为复杂;椭圆钢管混凝土柱沿长轴迎爆的抗爆性能明显优于沿短轴方向;绘制短长轴比-柱中侧向位移曲线,根据短轴方向与长轴方向抗爆性能差异,提出了设计宜采用的短长轴比为0.6~1.0;沿短轴向施加爆炸荷载时,短长轴比设计值不应小于0.4。结论 得出了不同短长轴比下构件破坏形态,进一步提出了采用短长轴比0.4~0.6内的椭圆钢管混凝土柱时,应采取加固措施。

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。

方钢管超轻混凝土短柱轴压性能试验研究

对16个方钢管超轻混凝土短柱和8个空钢管短柱进行了轴压试验,以超轻混凝土强度和含钢率为变化参数,研究方钢管超轻混凝土短柱的破坏形态和受力性能。结果表明,随着超轻混凝土强度的降低,钢管对核心混凝土的约束效应越强;随着含钢率的增加,构件的承载力和变形能力提高,但当含钢率高于0.25时,超轻混凝土的存在对构件的承载力和变形能力已基本没有影响。基于叠加理论,提出了适用于方钢管超轻混凝土短柱承载力的计算公式。

方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为研究方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能,首先设计并开展了4根轴压短柱试验研究。进而采用Abaqus有限元软件建立方形耐候钢管混凝土短柱有限元模型并进行数值分析。数值模拟结果表明,轴压短柱直至破坏共经历了3个阶段:弹性段、弹塑性段和破坏段。其破坏模式均为柱中局部屈曲。耐候钢拉伸性能试验特征与低碳钢的力学性能相近,有限元建模采用低碳钢本构关系可准确模拟方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能。钢管内焊接拉筋能有效改善钢管对核心混凝土的约束作用,进而提高轴压短柱的极限承载力和延性。最后,方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能与普通钢管混凝土短柱无异。

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。

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。

钢管混凝土短柱轴压承载力试验与规范计算方法对比研究

为研究钢管混凝土构件尺寸效应对其承载力与规范计算方法的异同,对含钢率和套箍系数相同,截面形式不同的三种钢管混凝土短柱构件进行轴压试验,分别获取了构件在轴心压力作用下的荷载-应变关系曲线和荷载-轴向位移全过程曲线。运用叠加原理理论分析了当套箍系数相等时,不同规格钢管混凝土构件的受力性能和极限承载力提高效果。将试验值与现行规范计算值对比,研究结果表明,现有规范CECS 28:2012和DBJ 13-51—2010对钢管混凝土短柱的承载力计算值与试验值最接近;当套箍系数相等,材料性能相同、构件几何尺寸近似的圆钢管混凝土短柱具有一定的尺寸效应。

钢管混凝土组合短柱轴心受压有限元参数化分析

为了研究不同参数对组合短柱在轴心受压作用下的力学性能影响,采用ABAQUS数值模拟软件对钢管混凝土柱进行了参数化分析,研究的主要影响因素包括钢管径厚比、钢管屈服强度等级、混凝土强度等级、混凝土泊松比、组合柱截面形状、钢管外壁四周围压。根据数值模拟结果,总结不同参数对组合短柱力学性能的影响规律,为今后钢管混凝土组合柱的研究及工程实践提供参考。

基于ABAQUS的圆钢管混凝土短柱受火力学性能研究

基于ABAQUS有限元软件建立了温度场和力学性能分析模型,将模拟结果与试验结果进行比对,验证了模型的可靠性。在此基础上建立了钢管混凝土短柱在高温火灾下的均匀受火和三面受火轴压的温度场模型,探讨了截面尺寸、钢管强度、混凝土强度、受火方式等因素与高温(受火)下钢管混凝土短柱的力学性能之间的关系。

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。

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。

结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

为了研究在低周往复荷载作用下结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能的影响,对6根方钢管混凝土短柱开展了水平往复加载试验,分析了截面尺寸对柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及不同抗震性能指标(如刚度退化、耗能能力、延性等)的影响,阐明了不同截面尺寸对柱名义抗剪强度的影响规律和机制,研究结果表明:不同截面尺寸的试件破坏形态基本相同,表现为柱底部钢管鼓曲、核心混凝土被压碎的破坏形态;当截面尺寸由200 mm增至600 mm时,在不同加载方向上,方钢管混凝土短柱名义抗剪强度分别下降了63.1%(59.8%),表现出显著的尺寸效应;随着截面尺寸增大,相对名义刚度与平均耗能系数呈降低趋势;JIN等提出的考虑尺寸效应的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好,说明考虑尺寸效应的方钢管混凝土柱抗剪承载力计算公式能够较为准确的预测其抗剪承载力。

高寒环境温度下圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

针对高寒环境温度对钢管混凝土结构力学行为影响显著的问题。开展钢管混凝土短柱轴压性能试验,分析试件在不同温度下的试验现象及破坏形态,探究不同环境温度对圆钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响规律,揭示温度对钢管混凝土套箍效应的影响机理;针对现行规范在钢管混凝土承载力计算中未考虑温度作用的不足,基于试验结果分析提出考虑环境温度的钢管混凝土短柱承载力计算修正公式。结果表明:温度变化对钢管混凝土短柱承载力和延性影响显著,随着温度的下降,试件承载力增大,而延性大幅降低,脆性显著增大;温度从40℃降至-40℃,M型、L型试件承载力分别提高27.8%和34.3%;环境温度对构件套箍效应影响明显,套箍率越小越显著;提出的考虑温度影响的钢管混凝土短柱轴压承载力计算修正公式具有较好的可靠性和精度,可为高寒大温差地区钢管混凝土结构的设计提供必要依据。