基于统一理论的配筋钢管混凝土柱承载力研究

尽管配筋钢管混凝土(R-CFST)构件因其优越的力学性能越来越引起工程界的重视,但其承载力计算方法仍存在不合理之处。为此,采用非线性数值模拟方法研究R-CFST短柱基于统一理论的承载力。首先基于既有模型修正得到适合R-CFST的混凝土本构模型和非线性数值模拟方法,并用试验数据验证模型的可靠性;然后基于统一理论修正得到R-CFST的套箍指标,再以套箍指标为参数分析了108个试件模型;最后给出基于统一理论的R-CFST短柱承载力公式。结果表明:R-CFST的承载力随套箍指标的变化规律与常规钢管混凝土(CFST)相似,呈二次抛物线关系,而其塑性变形能力优于常规CFST;所提出公式的形式与规范公式相匹配,计算结果安全、可靠,符合工程实际。

配筋钢管混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为探究配筋钢管混凝土短柱轴压力学性能,首先基于已知文献验证有限元模型的准确性,随后通过变换混凝土保护层厚度、套箍系数、钢管屈服强度以及核心混凝土强度对配筋钢管混凝土短柱的影响,揭示了钢管截面面积的变化相比于钢筋截面面积对套箍效应的影响尤为显著。钢管屈服强度与核心混凝土强度的提高并没有对试件承载力及延性产生显著影响,故认为有必要对二者的匹配关系做进一步研究。混凝土保护层厚度对短柱试件的力学性能影响甚微。

配筋钢管混凝土柱抗压性能

对配筋钢管混凝土柱的轴心受压性能进行了试验研究和理论分析;研究了配筋钢管混凝土短柱的受力性能、变形能力和破坏形态,给出了变形和极限承载能力的试验结果;分析了加配钢筋的作用及其对钢管混凝土柱变形和极限承载力的影响。最后探讨了配筋钢管混凝土短柱轴心受压承载力的计算方法,给出了简化计算公式。结果表明,钢管混凝土短柱加配钢筋以后,改变了其破坏形态,提高了其极限承载能力和变形性能。

配筋钢管混凝土柱抗火性能试验研究

为了提高钢管混凝土柱的抗火性能,在钢管混凝土柱中配置纵向钢筋和箍筋.对3根配筋钢管混凝土柱和1根钢管混凝土柱在恒定轴压荷载、两端简支条件下进行了火灾行为的试验研究.研究了配筋钢管混凝土柱的火灾反应、变形和破坏过程,测量了钢管混凝土柱截面温度场,并分析了钢管和配筋对钢管混凝土柱抗火性能的影响.试验表明,试验柱的破坏形态都是弯曲型,高温下配筋钢管混凝土的钢管退出工作后,由内部的钢筋混凝土圆柱承受荷载,其耐火极限比不配筋的钢管混凝土柱大得多,并且纵向钢筋数量多的配筋钢管混凝土柱,其耐火极限比配筋少的要大.对试验结果分析表明,耐火极限的计算值和试验值符合较好.

圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能,对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验,探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明:(1)对于CFT柱,柱破坏时核心高强混凝土表现出明显的脆性,柱的极限受压承载力提高,变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载力,柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分,加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明显的促进作用,加强肋可提高约束效果,柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大,对核心混凝土的约束效果越好。

圆形和方形配筋钢管混凝土短柱受压性能比较

为了研究圆形和方形配筋钢管混凝土柱受压性能,对圆形和方形的中空钢管柱、素混凝土钢管柱及配筋钢管混凝土柱共30个试件进行了轴压试验,在混凝土截面积、钢管截面积和钢筋截面积稍有差别的条件下,对圆形和方形柱试件的承载力、变形性能、合成效果以及破坏模式进行了对比分析.结果表明,圆钢管混凝土柱的承载力高,变形性能好,受压性能比方钢管混凝土柱更优越;就破坏模式而言,和圆钢管混凝土柱相比,方钢管混凝土柱对于屈曲变形更为有利.

L形配筋钢管混凝土异形柱压弯性能

应用ABAQUS通用有限元软件对配筋及不配钢筋钢管混凝土异形柱的轴心和偏心受压性能进行了非线性数值模拟,研究了其受力性能、变形能力和破坏形态,给出了其配筋及不配钢筋钢管混凝土异形柱数值模拟的荷载-位移曲线和变形形式;分析了配筋对钢管混凝土异形柱变形形式和承载力的影响。结果表明,钢管混凝土异形柱加配钢筋以后,提高了其极限能力,并且轴向受压时其变形形式发生变化。

配筋钢管混凝土短柱中环向箍筋的受力机理

通过轴压试验和数值模拟手段,研究了箍筋对配筋钢管混凝土轴压短柱(R-CFST)力学性能的影响机理及承载力计算方法,旨在提出R-CFST设计方法和了解R-CFST施工时能否适当减少箍筋用量以降低成本。试验参数有平行式和螺旋式两种箍筋形式,其中,平行式箍筋有3种间距,共准备4组、8根R-CFST和3根钢管混凝土试件。试件在受力性能、承载力、断裂韧性、延性、套箍效应和破坏模式等方面的分析结果表明:构件在最大荷载前的受力特性和承载力与箍筋间距和形式无关,承载力计算时可不予考虑;平行式箍筋纵向间距的变化不会对构件的力学性能产生明显影响,因而推荐使用较大的箍筋间距以获得较好的经济效益;螺旋式箍筋有助于提高构件最大荷载后的受力性能,尤其是对延性的提高作用更为显著,因而推荐使用螺旋式箍筋以获得构件较好的延性和抗震性能。在试验结果的基础上,进行了数值分析研究,提出了可靠和有效的核心混凝土本构方程和此类构件的数值模拟方法,结合模拟结果进一步验证了试验结论的准确性。最后,研究了R-CFST的承载力计算方法,发现美国规范给出的公式过于保守,提出了与中国规范的设计习惯相匹配的R-CFST承载力计算公式,与试验结果对比分析表明提出的公式可以用于工程设计。

箍筋对配筋钢管混凝土柱性能的影响研究

为了探索配筋钢管混凝土柱省时省工的施工方法,通过轴心受压试验,采用基于性能的比较研究方法,研究了配筋钢管混凝土短柱在纵向钢筋不变的情况下不同环向箍筋间距对其性能的影响。经过对试验结果在承载力、变形和延性性能以及破坏模式等方面的分析发现,箍筋间距对构件的轴心受压性能没有明显影响,并得出结论:环向箍筋不是影响构件性能的主要因素,在施工配筋钢管混凝土轴心受压构件时可以适当增大箍筋间距以减少材料用量,加快构件制作速度。

纵筋配筋率对配筋钢管混凝土柱受压性能的影响

为选用合适的纵筋配筋率,以提升配筋钢管混凝土(R-CFST)柱的受压性能,制作5组不同配筋率的R-CFST(每组2根)和3根钢管混凝土(CFST)试件进行轴压试验,对比分析其破坏模式、整体受力特性、钢管受力特性、断裂韧性、强度因子。并根据相关试验数据对多国已有或修正后的规范承载力公式进行评估。结果表明:R-CFST的各项力学性能均显著优于CFST;随着配筋率的增大,R-CFST破坏形态由剪切破坏转变为多折腰鼓形破坏,峰值荷载和塑性性能增大,断裂韧性和强度因子反而趋于降低;综合考虑试验结果,推荐配筋率合理范围为1.32%~3.5%。评估R-CFST的承载力时,美国规范承载力公式较为保守,修正后的欧洲规范承载力公式偏危险,修正后的我国和日本规范承载力公式能较好地评估R-CFST的承载力。

同含钢率钢管与配筋钢管混凝土柱的受力性能分析

为阐明含钢率对构件的力学特性的影响规律,基于有限元分析方法研究了配筋钢管混凝土(reinforced concrete-filled steel tube,R-CFST)和钢管混凝土(concrete filled-steel tube,CFST)短柱的轴压性能。首先建立了适合R-CFST的材料本构模型和分析方法并用既有的实验数据验证模型的可靠性,之后进行了36根6种不同含钢率的R-CFST和对应的CFST有限元分析,通过分析荷载-位移响应、承载力、单位面积钢材对构件承载力提高量和延性等指标,最终发现:当混凝土强度较低时,含钢率越低CFST的承载力和延性比同含钢率R-CFST高,但随着混凝土强度的提高,含钢率越大反而使得R-CFST的性能得以显著提高;单位面积R-CFST纵筋对承载力的贡献率都大于单位面积的CFST钢管的贡献率,而且随着混凝土强度的提高R-CFST的这种贡献更为明显;填充高强度混凝土时,R-CFST比CFST更有效。由此得出结论:CFST内配筋比增加钢管壁厚更有效,尤其是填充高强度混凝土时配筋的效果更为明显。

轴心受压配筋钢管混凝土短柱的试验研究

介绍分析了在钢管混凝土短柱中配置纵向钢筋的试验及结果,研究表明,与普通的钢管混凝土柱相比,配筋钢管混凝土柱的承载力和变形性能都有较大的提高,因此可以采用在钢管内配置纵向钢筋的方法来减小钢管的壁厚,使得受火钢管退出工作后,仍能成为钢筋混凝土柱而具有一定的承载能力。

配筋钢管混凝土短柱受力性能分析

在给定的混凝土、钢材和钢筋三轴本构关系模型的基础上,应用连续介质力学的方法,对配筋钢管混凝土柱常温下的力学性能进行了分析,导出配筋钢管混凝土柱承载力的理论计算公式,并用文献中的试验结果对公式进行校核,符合良好。

纵向钢筋对配筋钢管混凝土柱性能的影响研究

为了研究配筋钢管混凝土短柱中纵向钢筋(纵筋)的不同力学指标对构件基本力学性能的影响机制,进行了配置高性能带肋和普通光圆两种类别纵筋的短柱轴心受压试验。采用基于性能的比较研究方法,在对承载力、延性、变形、钢管和钢筋的应变分布以及破坏模式等方面进行综合比较分析后发现:配有两种类型纵筋的配筋钢管混凝土短柱的受力性能没有发生明显差别,纵筋强度的直接提高或形状上的改变并不能有效改善构件整体性能,而配有材质与钢管相近的普通光圆纵筋的构件更能表现出优越的力学性能。由此可得,纵筋形状不是影响构件力学性能的主要因素,配置力学指标与钢管相匹配的纵筋才能使纵筋材质得以充分利用、改善性能进而降低构件的制作成本。

配筋钢管混凝土短柱力学性能和承载力研究

在给定的混凝土、钢材和钢筋三轴本构关系模型的基础上,应用连续介质力学的方法,对配筋钢管混凝土柱常温下的力学性能进行了分析,导出配筋钢管混凝土柱承载力的理论计算公式,并用文献中的试验结果对公式进行校核,符合良好。

配筋钢管混凝土轴压力学性能研究

为进一步提高钢管混凝土柱承载力及延性,在核心混凝土中配置钢筋。通过6根钢管混凝土短柱与配筋钢管混凝土短柱轴压力学性能试验,对比分析配筋钢管混凝土短柱与钢管混凝土短柱的破坏模式,承载能力及变形能力,试验结果表明,配筋钢管混凝土短柱与钢管混凝土短柱的破坏模式均属于剪切破坏,配筋钢管混凝土短柱无论是承载能力还是变形能力都优于钢管混凝土短柱,基于abaqus软件进行数值模拟,有限元分析计算结果与试验实测结果对比,二者吻合度较好。

配筋对方钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响

为了明确再生粗骨料100%替代率下配筋对方钢管再生混凝土短柱(recycled aggregate concrete-filled tube,RACFST)轴压性能的提高作用,进行了试验研究。以5种配筋率为变化参数设计了5组配筋方钢管再生混凝土(reinforcement and recycled aggregate concrete-filled steel tube,R-RACFST)试件,同时设计相应的钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)与钢管再生混凝土(RACFST)试件作为对照组。通过分析配筋率对破坏模式、受力性能、延性、刚度退化和屈强比等关键力学特性的影响规律,发现钢筋笼对核心混凝土产生二次套箍效应,因而明显改善核心再生混凝土的脆性;在一定配筋率范围内,配筋对提高构件极限承载力和延性等力学性能有显著贡献,并在一定程度上延缓再生混凝土的刚度退化。结果表明:配置适量钢筋可将再生粗骨料替代率提高到100%并能保证R-RACFST具有较好的结构适用性;推荐配筋率合理范围为1.34%~3.02%;现行规程可计算再生粗骨料100%取代率下的R-RACFST承载力,但计算结果过于保守;修正得到R-RACFST承载力计算公式,其结果与试验值更吻合,结果稳定可靠。

箍筋对方形配筋钢管再生混凝土受力性能的影响机理

为探究再生骨料100%取代率时方形配筋钢管再生混凝土(R-RACFST)箍筋的影响机理,以箍筋形式和间距为变量,进行了轴压试验,分析了破坏模式、荷载位移、荷载应变、延性和断裂韧性。结果表明:所有试件均呈现多折腰鼓破坏,与钢管混凝土(CFST)试件相比,钢管再生混凝土(RACFST)试件的承载力、延性和断裂韧性分别降低7.77%、35.31%和15.30%;与RACFST试件相比,R-RACFST试件的承载力、延性和断裂韧性最大可分别提高25.63%、123.76%和56.35%。箍筋形式和间距对峰值荷载前的受力性能无显著影响。与平行式箍筋相比,螺旋式箍筋展现了更优越的延性和断裂韧性。随着箍筋间距的减小,试件的延性、断裂韧性更为优越。本文推荐的计算公式可以较安全地预估试件承载力。

配筋钢管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

在钢管混凝土管内配置纵向钢筋可改善其力学性能。以纵筋强度、配筋率和配箍率为主要变化参数,设计了13根短柱配筋钢管混凝土试件,对其进行轴压短柱试验研究,分析试件的破坏特征、极限荷载和荷载-位移曲线,给出了变形和承载力的试验结果,研究各影响参数对钢管混凝土柱变形和承载力的影响。试验结果表明:内配钢筋的钢管混凝土柱,较普通钢管混凝土柱,改变了其破坏形态,提高了其承载能力,改善了试件的延性;减小箍筋间距,可以延缓局部屈曲的发展,且钢筋先于钢管屈服;采用有限元软件ABAQUS进行数值计算分析,并将计算结果与试验结果进行比较,两者吻合良好。

循环荷载下钢管混凝土与钢筋黏结的试验研究

为探究循环荷载下配筋钢管混凝土构件黏结锚固性能,对配筋钢管混凝土试件开展了单调加载和循环加载试验.通过单调加载试验,对比分析了黏结力与滑移量之间的响应关系;基于单调加载试验结果,对若干配筋钢管混凝土试件在单轴循环荷载作用下的黏结特性进行了试验研究,考虑包括箍筋配置、黏结长度、钢筋直径、加载次数等因素对黏结性能的影响规律,分析了不同试件黏结力的退化机制及其破坏模式.结果表明:箍筋提高了试件承受循环荷载作用的能力,配筋钢管混凝土试件的黏结力和延性随黏结长度、钢筋直径的增加而增大,配筋钢管混凝土试件中钢筋的黏结力及延性随着前期承受循环荷载的加载次数的增加而降低,配筋钢管混凝土黏结破坏时整个黏结区域相对比较平滑,变形肋印迹不明显.