高强钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能试验

目的为了研究高强钢管超高性能混凝土的黏结滑移性能,方法考虑径厚比、长径比和钢纤维掺量3个参数的影响,设计并制作15根构件进行试验研究,通过推出试验,得到轴向荷载与加载端位移的荷载-位移曲线,以及高强钢管与超高性能混凝土之间的黏结强度,根据试验结果,对影响黏结强度的参数进行定性定量分析。结果结果表明:随着高强钢管长径比和径厚比的增加,黏结强度减小;随着钢纤维掺量增加,试件黏结强度先增加后减小,即当钢纤维掺量从1%增加到2%时,黏结强度增加,但当钢纤维掺量从2%增加到3%时,黏结强度反而降低;试件荷载-滑移曲线表现为两种形式,一是有明显的峰值点,峰值点后曲线急速下降(部分出现尾部上升的现象),二是曲线无明显峰值点,拐点后曲线持续缓慢增长。高强钢管超高性能混凝土的黏结破坏分为黏结阶段、滑动阶段和抗摩擦阶段。结论以长径比、径厚比、含钢率和套箍系数为参数,结合试验数据并对其进行回归分析,得到适用于高强钢管超高性能混凝土黏结强度的计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比,计算值与试验值吻合较好,可为实际工程提供一定参考。

钢-混凝土组合梁螺栓连接件受剪性能试验研究

传统螺栓连接件的直径小于钢梁预留孔的孔径,导致螺栓与孔壁存在间隙,容易引发钢梁与上部混凝土板间发生相对滑移使组合梁挠度增大。为尽量减小或消除上述间隙,本文引入铰制孔螺栓和螺纹孔螺栓作为组合结构的剪力连接件,并提出锥套自锁螺栓连接件。设计并开展了8个螺栓连接件推出试验,基于各试件的荷载-滑移曲线,研究了3种螺栓连接件与传统螺栓连接件间的抗剪承载力、滑移能力及抗剪刚度等受剪力学性能的具体差异。研究结果表明:3种螺栓连接件的破坏形态与传统螺栓连接件表现一致,均为螺栓杆剪断,混凝土无压溃现象;3种螺栓连接件的抗剪承载力均接近于传统螺栓连接件的抗剪承载力;基于试件的荷载-滑移曲线,3种螺栓连接件均可分为弹性阶段、塑性阶段及破坏阶段;3种螺栓连接件的延性系数和抗剪刚度均明显优于传统螺栓。综合考虑力学性能、施工性能和经济性,本文建议选用铰制孔螺栓用于组合结构的剪力连接件。

内焊钢筋-钢管混凝土界面粘结滑移性能

为了探究提高钢管混凝土组合结构钢管与混凝土界面粘结强度的措施,研究不同形式的内焊钢筋对两者界面粘结强度的影响,设置4种不同形式钢管内焊钢筋结构的钢管混凝土构件进行推出试验,对试验结果设置参数以比较不同内焊钢筋构造措施对两者界面粘结性能的影响,结合曲线与试验现象描述了滑移发生过程。应用ABAQUS软件进行有限元模拟,对比分析了不同内焊钢筋构造措施对粘结滑移性能的影响,并提出了钢管内焊钢筋构造粘结力的计算方法。结果表明:内焊钢筋的构造措施可以大幅度提升钢管混凝土界面的粘结强度;随着钢筋环数的增加,界面粘结强度逐渐增大。

超厚钢管约束混凝土推出试验力学模型

目的研究超厚-钢管约束混凝土柱受压推出试验的力学行为,揭示钢管/混凝土粘接滑移规律.方法建立超厚-钢管约束混凝土柱受压推出的轴对称弹性力学模型.测量超厚-钢管约束混凝土柱的轴向位移和钢管的轴向位移.在试验的基础上,引入粘接层的概念,建立粘接切应力-粘接切应变关系.结果钢管、混凝土之间的切应力沿高度均匀分布,钢管与混凝土之间有沿轴向的均匀滑移,因此由超厚-钢管约束混凝土柱受压推出试验可以比较精确地测出超厚-钢管约束混凝土之间的粘接切应力.结论轴对称弹性力学模型用于模拟超厚-钢管约束混凝土柱受压推出是正确的.在钢管和混凝土之间存在粘接薄层,钢管与混凝土之间沿轴向的滑移可以等效为粘接层的剪切变形,由推出试验可以确定粘接层的剪切应力-应变关系.

冻融循环环境下方钢管混凝土粘结强度试验研究

为研究冻融循环环境下方钢管混凝土的粘结性能,设计制作了19组57个方钢管混凝土短柱试件,并对这些试件开展冻融循环后的推出试验。获得了试件的荷载-滑移曲线,分析方钢管混凝土粘结力的组成以及冻融循环次数、构件长细比、钢管宽厚比对粘结强度的影响。试验结果表明,冻融循环后方钢管混凝土的荷载-滑移曲线与常温下总体相似,包含无滑移段、上升段、下降段、残余段。无滑移段的粘结作用由化学胶结力提供,滑移产生后的粘结作用由摩擦力和机械咬合力提供。在试验参数范围内,方钢管混凝土的粘结强度随着冻融循环作用次数增加呈幂函数减小,随着构件长细比的增大呈线性降低,随着钢管宽厚比的增大呈指数下降。在试验结果基础上,提出了冻融循环后方钢管混凝土粘结强度的计算公式,计算结果与试验结果总体总体吻合。

重复推出下钢管再生混凝土黏结-滑移性能影响因素

为研究钢管再生混凝土(RACFST)在原生混凝土强度等级、锈蚀率和膨胀剂掺量影响下的黏结-滑移性能,开展了重复推出试验,分析了荷载-滑移曲线、耗能能力、应变分布和各因素对RACFST峰值荷载的影响,并建立了黏结强度计算模型.结果表明:混凝土奇数次推出时的耗能能力和钢管表面应变分布大于偶数次推出时;峰值荷载随着原生混凝土强度的提高而增大,随着锈蚀率和膨胀剂掺量的提高分别呈先增大后减小、先减小后增大趋势;基于Rational函数和Expdec1函数建立的黏结强度计算模型具有较高可靠性.

钢-UHPC轻型组合结构短栓钉抗剪性能试验研究

通过6个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合结构短栓钉推出试验,对其抗剪承载力、破坏形态、栓钉应变及荷载-滑移曲线进行了研究,探讨了栓钉直径、长度、数量以及界面黏结对短栓钉抗剪性能的影响规律.结果表明:所有试件均为栓钉根部剪切破坏,UHPC板除栓钉根部沿承压方向部分UHPC压碎外,其余部分保持完好,UHPC可以抵抗栓钉传递的高压应力;栓钉根部截面屈服后应力强化阶段明显,栓钉发生剪切破坏时,栓钉根部上侧应变超过3500με;长径比为2.0的短栓钉在UHPC中也能发挥全部强度;所有试件的荷载-滑移曲线分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段,所有短栓钉的最大滑移量均小于4 mm,工程应用时应按照弹性剪力连接件进行设计;栓钉直径对栓钉抗剪性能提高最显著,直径16 mm的栓钉比直径13 mm的栓钉的抗剪承载力和极限滑移分别提高了46.4%和11%,弹性刚度和塑性刚度分别提高了35.8%和59.1%,增加栓钉长度和界面黏结能有效提高栓钉的剪切刚度,长径比为3.0的栓钉比长径比为2.5的栓钉的弹性刚度提高了12.3%,界面有黏结试件比界面无黏结试件的弹性刚度提高了17.4%;相同间距内,合理增加更多栓钉有利于提高整体抗剪强度,但会降低延性变形能力.最后,结合实验数据和国内外UHPC中栓钉推出试验结果,建立了UHPC中栓钉荷载-滑移曲线和抗剪承载力预测表达式,计算值与试验值吻合良好.

钢管再生混凝土黏结滑移推出试验及黏结强度计算

为了揭示钢管再生混凝土界面黏结滑移的作用机理,采用服役满50年的混凝土作为再生粗骨料来源,设计25根钢管再生混凝土短柱试件进行推出试验。考虑试件的截面形式、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级、长径比及界面埋置长度5个变化参数对其黏结性能的影响,获取两类不同钢管再生混凝土的荷载滑移曲线、黏结应变和黏结力分布规律,推导黏结剪力传递长度公式,并运用相关强度公式对钢管再生混凝土的黏结强度进行对比计算。研究结果表明:加载端和自由端的荷载滑移全过程曲线具有相似性,但自由端的初始滑移发展较慢。钢管纵向应变在加载初期和加载末期分别呈负指数分布和线性分布,实测强度较名义黏结强度大。对比得到圆形试件的黏结性能优于方形试件;圆形试件的黏结强度随骨料取代率的变化具有一定的波动性;方形试件的黏结强度随取代率的增大而略为增大;当混凝土强度较高时,其极限黏结强度会有所提高;钢管再生混凝土的黏结强度随长径比的增加而有所降低。

冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构模型研究

在北方寒冷地区,钢管混凝土结构因冻融作用侵蚀而造成钢管开裂以及钢管混凝土结构力学性能劣化从而导致结构破坏的事故时有发生。针对冻融侵蚀后钢管混凝土界面黏结性能问题,制作了钢管混凝土推出试件,考虑冻融循环次数、混凝土强度、钢管径厚比等不同参数,进行冻融试验和推出试验,分析了界面黏结力的分布规律和影响因素,研究了冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构关系,确定了界面平均黏结强度以及峰值黏结强度、残余黏结强度特征值。结果表明,随着冻融循环次数的增加,界面平均黏结强度减小,极限荷载对应的滑移逐渐增大,而残余黏结强度呈线性减小,稳定段起点滑移随着冻融循环次数的增加呈指数增长。峰值黏结强度、残余黏结强度随混凝土强度的增加而提高,随着径厚比的增大而降低。分析外钢管密布应变计所测出的应变分布规律可知界面黏结应力呈指数分布,对比分析由荷载、滑移结合能量法理论推导所得的黏结应力分布函数,结果表明其具有较高精度,为后期研究界面黏结性能提供了新思路。构建了冻融循环作用后界面黏结应力-滑移三段式本构模型,并提出了相应特征值计算公式和本构模型,可为该类构件设计时考虑冻融作用提供参考。

钢管混凝土界面抗剪粘结强度的推出试验

为考察钢管混凝土界面抗剪粘结性能,研究钢管截面形式对钢管混凝土界面抗剪粘结性能的影响,完成了6根方钢管混凝土和5根圆钢管混凝土共11个试件的反复推出试验。根据试验结果,探讨了钢管混凝土界面抗剪粘结力的组成、抗剪粘结破坏特点以及钢管混凝土界面抗剪粘结强度的主要影响因素。试验结果表明,方、圆钢管混凝土界面具有相似抗剪粘结滑移曲线;圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度较方钢管混凝土的大,混凝土强度对圆钢管混凝土界面抗剪粘结强度的影响较小。

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。

钢管混凝土推出试验的力学行为分析

目的为了提高钢管混凝土复合结构的承载能力,研究一种钢管混凝土推出试验及其力学行为的分析方法.方法利用微段分析法,得到在线弹性范围内,钢管混凝土粘接层粘接切应力近似微分方程.结果给出了给定边界条件下粘接切应力方程.推导了核心混凝土轴力与轴向位移、钢管轴力与轴向位移以及核心混凝土与钢管相对轴向位移方程.粘接切应力方程为双曲正弦函数,在加载端,粘接切应力发生应力集中,应力集中的程度随切变模量的增大而减弱.轴向相对位移在加载端为正,随着加载端的远离,钢管轴力逐渐增大的缘故,轴向相对位移却可能为负.结论利用提出的钢管混凝土推出试验可以测量钢管混凝土之间粘接层的力学性能,钢管混凝土粘接层受剪力学行为分析方法为模拟钢管混凝土之间滑移现象提供理论基础.

新型全装配钢-混凝土组合梁连接件推出试验研究

该文主要研究一种新型全装配钢-混凝土组合梁,由预制楼板和钢梁通过新型抗剪连接件(以下简称“紧固件”)组合为一体,紧固件固定于预制楼板的钢导槽上,预制混凝土楼板和钢梁界面的荷载传递主要通过紧固件和钢导槽之间的摩擦来实现。为了更好地研究紧固件和钢导槽的性能,对3组试件进行推出试验,研究了不同钢导槽形式、循环加载及紧固件数量对抗剪性能的影响。试验结果表明:紧固件和钢导槽都表现出较好的性能,试件的荷载-滑移曲线可分为3段;钢导槽截面高度较小时约束作用明显;循环加载可提升紧固件的抗剪承载力和刚度;该文推导的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合较好。

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.

方钢管混凝土柱与外包钢-混凝土组合梁外伸内隔板式节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢-混凝土组合梁连接节点形式——外伸内隔板钢筋截断式节点。基于"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计原则,设计3个试件,并对其进行低周反复荷载试验研究,分析节点的破坏特征,考察节点区的剪切变形,深入研究节点的滞回曲线和骨架曲线,进而研究节点的承载能力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能。研究结果表明:各试件的破坏主要集中在靠近柱壁的梁端区域,而钢管柱和节点区的变形和应力很小,基本处于弹性阶段;由于梁内混凝土及翼板的组合作用,各节点的滞回曲线呈不对称的纺锤形,无明显捏缩现象,比较饱满,耗能性能良好;各节点试件的位移延性系数和等效粘滞阻尼系数明显大于普通钢筋混凝土结构的相应指标;在整个加载过程中,刚度退化稳定。

基于刘家峡钢管混凝土桥塔的推出试验研究

刘家峡悬索大桥是目前国内最大的钢-混结构桥塔。对于这种新型结构而言,钢管和混凝土之间的相互作用效应是其受力复杂性和安全可靠性所在。通过对刘家峡悬索桥钢-混桥塔缩尺模型进行推出试验,得出钢-混界面极限粘结强度与粘结破坏时的滑移距离,进而与ANSYS建立的非线性有限元仿真结果进行对比,证实了采用有限元仿真能够有效模拟钢管混凝土结构。利用该有限元模型研究焊钉对钢-混结构粘结滑移的影响,结果显示:焊钉对钢管与混凝土之间的初始粘结状态影响甚微,但初始粘结破坏后,能显著减小钢管与混凝土之间的滑动距离。这对钢管混凝土工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。

钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。

新型梁柱-钢管混凝土板柱混合结构试验研究

新型梁柱-钢管混凝土板柱混合结构的特点是钢管混凝土柱-板节点处只承担竖向荷载,不出现或者出现较小的不平衡弯矩,同时提高节点抗侧移能力,避免地震时楼板发生冲切破坏,水平荷载则全部由抗震墙和梁柱框架承担.通过1个1/2比例钢筋混凝土梁柱-钢管混凝土柱无梁楼盖异型板(跨数少于3跨)结构模型试验,研究其在受竖向均布荷载和水平荷载作用下结构的受力性能.试验结果表明,楼盖系统的竖向承载力超出设计荷载的2倍以上,具有较高的安全储备;在重力荷载产生的剪力与板抗冲切承载力的比值(gravity shear ratio,GSR)超过0.8时,弹塑性层间位移角限值不小于2.25%,满足中国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中大震下结构侧移的要求,优于普通的无梁楼盖系统.

内置约束拉杆横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能研究

为探究约束拉杆对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,采用有限元软件ABAQUS数值仿真模拟和轴压试验分析了内置横向拉杆的横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压性能,通过对比分析了内置横向拉杆的数量对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的荷载-轴向应变曲线、延性、屈服荷载以及核心混凝土约束效应的影响规律。研究表明,内置横向拉杆能够增强对核心混凝土的约束效应,提高横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压承载力和延性。