配筋薄壁圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力解析解

为了研究配筋薄壁圆钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,采用统一强度理论和薄壁圆筒理论,考虑中间主应力效应、材料SD效应(材料拉压强度异性)及箍筋有效约束面积的影响,推导了配筋薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压极限承载力公式。通过算例计算并与其他承载力公式对比分析,验证了本文所推公式的正确性,研究了中间主应力、径厚比和材料拉压比对构件轴压极限承载力的影响。研究结果表明,本文建立的计算公式具有较高的计算精度,可以预测配筋薄壁圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力的上、下限值,并包含了一系列基于不同强度准则的承载力解。本文计算方法具有较广泛的适用性,可为配筋圆钢管混凝土短柱力学性能的研究提供借鉴。

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。

局部锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

钢管混凝土(CFST)在服役环境中被腐蚀,导致其钢结构承载力降低,严重威胁到结构的服役性能和使用寿命。首先,采用机加工车铣方法制作模拟局部锈蚀的人工缺陷,然后以钢管外表面局部环向贯通锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、锈蚀外表面面积损失率(简称锈蚀面积损失率,下同)为试验参数,对45根局部锈蚀圆CFST短柱试件进行轴压承载力试验;其次,分析锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、面积损失率和壁厚损失率对锈蚀试件承载力、刚度和延性的影响,揭示锈蚀CFST试件破坏机理和承载力退化机制;最后,针对局部锈蚀圆CFST短柱构件轴压承载力提出一个简化实用计算公式。研究结果表明:各试件具有类似的破坏特征,主要呈明显的腰鼓状破坏,且发生在锈蚀区;随着锈蚀钢管体积损失率增大,锈蚀CFST柱的承载力、刚度和延性均出现不同程度的降低;在锈蚀钢管体积损失率和面积损失率相同的情况下,就局部锈蚀位置影响而言,中部影响最大;就锈蚀程度表征参数影响而言,锈蚀钢管体积损失率影响最大,面积损失率次之,壁厚损失率最小;本文提出的简化实用公式可为圆钢管混凝土构件全寿命设计提供参考依据。

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%~8.4%,约束效应系数在1.2~1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。

配筋圆钢管混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对配有纵向钢筋和箍筋的圆钢管混凝土短柱轴心受压时的受力性能进行了分析;考虑了钢管和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了配筋圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;分析了中间主应力、钢管径厚比和体积配箍率对承载力的影响。将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,二者吻合较好。结果表明:统一强度理论对于配筋圆钢管混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性,为配筋钢管混凝土柱的分析计算提供了一定的理论依据。

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性;冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏;圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。

薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力

针对8根内填两种不同强度混凝土的薄壁钢管混凝土轴压短柱进行试验,通过试验数据的回归分析,提出了薄壁钢管混凝土轴压短柱的极限抗压承载力的实用计算公式,探讨了短柱的径厚比、混凝土强度等级、含钢率等因素对其受力性能的影响。

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。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轴压短柱相比较 。

弱黏结薄壁圆钢管混凝土短柱轴心受压试验

对5个薄壁钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验。其中3个试件的钢管内壁与混凝土间的黏结作用被削弱,以研究此状态下核心混凝土与外钢管间荷载的传递方式、外钢管的受力状态以及试件的破坏模式。试验结果表明:削弱核心混凝土与外钢管间的黏结作用造成加载端混凝土的荷载份额增大,在该部分发生局部破坏的可能性增大,钢管纵深部分承担的荷载减少;混凝土内部设置钢管可以增强混凝土的承载能力,同时有利于荷载向纵深传递,使荷载在较大区域内均匀分布,有利于材料性能的充分发挥,可以作为钢管削弱或者核心混凝土与钢管间黏结作用削弱条件下提高承载力的一种构造措施。

圆钢管薄壁空心混凝土短柱轴压性能试验研究

进行12个圆钢管薄壁空心混凝土轴压短柱轴压承载力的试验研究,考察轴压承载力—变形特性以及破坏模式,分析了圆钢管轴向、环向变形的发展规律,试验研究表明当薄壁混凝土壁厚达到一定厚度后,圆钢管内的薄壁空心混凝土在环向形成较好的拱效应,能有效地阻止外侧钢管局部失稳。

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。

X形配筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

对比试验和分析了不同构造形式的高强混凝土圆柱体受力特点后得知，螺旋箍加Ｘ形筋将较大地提高对高强混凝土的约束性，提高柱体的承载力和变形能力．通过对Ｘ形配筋高强混凝土短柱反复荷载下的试验研究，该型高强混凝土短柱具有较高抗震能力．

圆钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验研究

研发了用于钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验装置和方法。分别进行了7个圆钢管混凝土轴压短柱和4个圆钢管轴压短柱在浓度为3.5%的Na Cl溶液中腐蚀下的长期荷载试验研究。试验结果表明,长期荷载会使试件刚度降低很多,但对其承载力影响相对较小。腐蚀对试件的承载力和刚度的削弱都很大,且对圆钢管试件的削弱程度高于对圆钢管混凝土试件的;持载-腐蚀耦合作用对试件的承载力和刚度的降低都很大,并且对于圆钢管试件,随着持载等级和浸入程度的增大而更加明显。总体而言,对于钢管混凝土试件,持载-腐蚀耦合作用对其承载力和刚度的降低要大于单纯持载作用和单纯腐蚀作用对其承载力和刚度的降低的简单叠加。

圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.

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.

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。

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。

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析;将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。

基于统一强度理论的圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力分析

对9根圆钢管型钢再生混凝土短柱进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、径厚比、型钢配钢率对试件轴压承载力的影响。试验结果表明:试件轴压承载力随着取代率的增加而逐渐减小,随径厚比的减小和型钢配钢率的增大而增大,说明该柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。在试验研究基础上,采用统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压极限承载力进行了理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算了钢管对核心型钢再生混凝土的约束应力;推导了该短柱的轴压承载力计算公式,并对其影响因素进行了分析。结果表明:计算值与试验值之比的均值和方差分别为0.99和0.001,吻合较好,表明统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性;此外,当材料的拉压比α(α=1时,拉压同性材料;α≠1时,拉压异性材料)一定时,试件轴压承载力随着材料强度参数b(0≤b≤1)的增大而增大;当材料强度参数b值一定且α≠1时,试件轴压承载力随着α的增大而增大;此外,试件轴压承载力随着径厚比的增加而呈递减趋势;试件承载力提高系数随着再生混凝土强度的增大而减小。研究结论可为圆钢管型钢再生混凝土组合短柱的设计与计算提供理论参考。

设直肋薄壁方形钢管混凝土短柱性能研究

为了分析薄壁方形钢管混凝土的力学性能,考虑到钢材成本,在含钢量不变的条件下,对8个短柱试件进行轴压试验。通过改变构件的截面厚度和加肋形式,分析了薄壁方管内侧设单向直肋、设双向直肋和外部设单向直肋对薄壁钢管混凝土短柱的极限承载力、破坏特征及受力性能的影响。试验结果表明,在含钢量不变的情况下,构件内部设肋可以有效延缓薄壁方形钢管混凝土构件管壁局部屈曲的发生,设双肋比设单肋效果更加明显,但在改善构件极限承载力方面,效果并不明显;外侧设加劲肋的设置不能有效延缓钢管混凝土管壁的局部屈曲。