预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴压性能初探

为提高薄壁钢管混凝土柱轴心受压性能,提出了预应力薄壁圆钢管约束混凝土柱,即采用对拉螺栓对薄壁圆钢管施加环向预应力,形成对内部混凝土初始约束围压,以提高内部混凝土的轴心抗压强度及承载力性能。为探究其轴向受压性能提升效果,进行了预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴心受压试验;并采用ABAQUS有限元计算软件建立了相应的非线性有限元数值模型,基于试验所获得荷载-位移数据,验证了模型的可靠性。在合理可靠试验模型的基础上,进行了不同预应力度(k=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)和不同钢管厚度(t=1.5mm、2.0mm、2.5mm和3.0mm)情况下的轴心受压性能影响分析。结果表明:采用对拉螺栓对薄壁圆钢管混凝土柱施加环向预应力,可有效提高其轴心抗压强度、刚度和延性;在合适预应力范围内,预应力度(k=0~0.4)越大,预应力薄壁钢约束混凝土短柱轴心受压性能提升越明显;但较大的预应力度(k=0.5)会让构件在达到峰值荷载后,其承载力降低较为明显,从而使构件延性降低;当预应力度k不变,构件的轴心受压性能随钢管厚度t的增大而增大。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过 2 6根圆形、方形和八边形薄壁钢管混凝土短柱的轴压试验 ,研究了不同截面形状、宽 (径 )厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数对薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高 ,与常规壁厚的钢管混凝土短柱的轴压破坏模式相比也有较大的变化。通过试验数据的回归分析 ,提出了薄壁钢管混凝土短柱极限轴心抗压承载力的实用计算公式 ,探讨了短柱的截面形状、宽厚比、混凝土强度等级。

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。

薄壁圆钢管再生混合柱-钢筋混凝土梁节点的抗震试验与数值模拟

提出一种连接薄壁圆钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的加强环筋节点,开展了6个加强环筋节点和2个内加强环节点的抗震试验,考察废弃混凝土取代率和近节点域构造参数对试件抗震性能的影响。采用ABAQUS程序建立加强环筋节点的有限元计算模型,对试件进行单调荷载作用下的数值模拟。研究表明:①废弃混凝土取代率为33.3%时,试件的破坏形态和滞回曲线形状等与全现浇试件差别很小,但前者的初始刚度比后者略低;②废弃混凝土在钢管内的填筑区域改变对加强环筋节点的力学性能影响有限;③实际工程中厚壁钢管出节点域长度可取为钢管外径的一半;④在设置4根加强环筋的情况下,加强环筋节点具有不低于内加强环节点的初始刚度;⑤加强环筋节点为半刚性节点,厚壁钢管厚度和加强环筋直径对节点刚度影响较大。研究发现,钢管局部加厚的加强环筋节点是一种有效的节点形式,有利于促进薄壁圆钢管再生混合柱在中低层建筑中的应用。

方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为

目的研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为,揭示不同参数对其承载力和峰值挠度的影响规律.方法通过方钢管自密实再生混凝土短柱的偏心受压试验,研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的破坏形态,荷载-挠度关系曲线、承载力和峰值挠度.结果方钢管自密实再生混凝土偏压短柱由于发生侧向挠曲而破坏.方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的荷载-挠度关系曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段.再生粗骨料替代率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力的影响不显著,而对其峰值挠度的影响较显著.偏心率和含钢率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力和峰值挠度有显著影响.结论将自密实再生混凝土应用于方钢管混凝土中是可行的,研究成果可为方钢管自密实再生混凝土短柱的工程应用提供理论依据.

中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析

为了研究震后建筑废弃物再生混凝土材料及其钢管短柱的力学性能,以混凝土的再生骨料取代率为主要参数,分别进行了10个圆中空和10个方中空夹层钢管再生混凝土短柱的轴压试验研究,比较了试件的荷载-变形曲线和极限承载力关系.结果表明:随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力逐渐降低,100%再生骨料取代率的圆中空试件和方中空试件比原生骨料试件的极限承载力分别下降16%和10%.在确定试件钢材和核心再生混凝土的应力-应变模型的基础之上,利用数值计算方法对中空夹层钢管再生混凝土的荷载-应变全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合较好.建立了中空夹层钢管再生混凝土轴压试件极限承载力的实用验算方法.

薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压破坏研究

进行了薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了荷载与应变(或变形)关系曲线.分析了薄壁方形钢管再生块体混合短柱荷载与应变(或变形)关系曲线,探讨了再生块体与新拌混凝土组合层核心混凝土强度对试件受力性能和破坏形态的影响,提出了该种结构构件的理论破坏模型.结果表明:薄壁方形钢管再生块体混合短柱试件主要破坏形态为腰鼓形压皱破坏;在弹性阶段,钢管中截面和角部的应变增长均匀且二者纵向应变增长相对一致;在破坏阶段,不带肋试件呈现软化现象,带肋试件呈现加劲特性.组合层处的核心混凝土强度对试件的力学性能和破坏形态有较大影响.

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。