RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用ABAQUS软件建立RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析RPC强度、RPC厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能试验及其有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土短柱的轴压性能,对试件进行了轴心受压试验,设计参数包括配钢率、箍筋间距和箍筋形式。观察了试件的轴压破坏过程,获得了破坏形态及轴向荷载-位移曲线,分析了承载能力、变形能力、刚度等轴压性能指标,以及超高性能混凝土、纵筋、箍筋和型钢的应变发展规律。在试验研究基础上,采用ABAQUS建立了高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:试件发生的是典型轴压破坏,中部表面出现“锯齿形”裂缝;轴向荷载-位移曲线会出现2次荷载峰值;箍筋间距减小时,试件的承载能力和变形能力均提高,但刚度退化速率没有显著变化;配钢率增大时,试件的承载能力提高,变形能力先增大后减小,刚度退化变缓;型钢强度增大时,试件的承载能力和变形能力均提高,提高速度先快后慢;超高性能混凝土抗压强度增大时,试件的承载能力提高,变形能力降低;超高性能混凝土受拉能够达到峰值应变;纵筋在极限点之前发生受压屈服;箍筋在极限点时应变不足屈服应变的1/3,但在破坏点前达到受拉屈服;型钢翼缘在极限点前后发生屈服,腹板屈服晚于翼缘。

大跨度双层甲板在轴压载荷下的稳定性研究

针对大跨度双层甲板缩尺模型设计并开展了单轴压缩试验,分析了缩尺模型的极限承载力以及结构的崩溃特性.计及初始缺陷的影响建立数值仿真模型,将试验结果与仿真结果进行对比,分析了双层甲板模型在轴压载荷作用下的稳定性及极限承载特性.结果表明:文中研究的双层甲板缩尺模型的失效模式主要是板格屈曲变形,仿真计算得到的模型应力分布情况与试验测量的结果也基本吻合.

预应力螺栓连接钢板约束混凝土圆柱轴压性能研究

螺栓连接钢板(BST)约束混凝土圆柱,由于钢板可拆卸及更换,较钢管约束混凝土具有更好的可恢复性。以BST约束混凝土圆柱为研究对象,提出在两片拼装钢板间预留间隙,并拧紧螺栓而对其施加预压应力的方法。以施加的预压应力和径厚比为参数,对6根BST约束混凝土圆柱及1根无约束混凝土圆柱进行轴心受压试验。结果表明,预留间隙并拧紧螺栓的方法能对核心混凝土有效施加预压应力,使钢板在加载前即对核心混凝土形成有效约束。相较于无约束混凝土圆柱,同条件的施加预压应力的BST约束混凝土圆柱峰值应力最大提高74.5%,且残余强度最大能保持在峰值应力的92.3%。相较于未施加预压应力的BST约束混凝土圆柱,施加预压应力的BST约束混凝土圆柱预压应力越大,峰值应力越大,最大可提高18%;径厚比越小,BST约束混凝土圆柱峰值应力越大,但随着预压应力增大,峰值应力提高的幅度降低。

方形不锈钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压性能研究

方形双相不锈钢管超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)短柱是一种创新高效的组合结构形式。为了研究其轴压承载力性能,该文设计了9根双相不锈钢管UHPC短柱、3根双相不锈钢管普通混凝土短柱和3根双相不锈钢管试件。试验的主要参数为双相不锈钢管宽厚比和核心混凝土强度。试验结果表明:套箍系数是影响方形双相不锈钢管UHPC短柱试件破坏形态和极限轴压承载力的主要因素。随着不锈钢壁厚从4 mm增大为8 mm,方形双相不锈钢管UHPC短柱试件的破坏形态由剪切型变为“镦粗”型,试件极限承载力的平均提升率为55.43%,试件残余强度剩余率的平均提升率为17.45%。同时,讨论了试件的强度提升指数、混凝土贡献率及延性等基本力学性能,分析了倒角对短柱试件刚度的影响,提出了核心混凝土有效约束区的划分与试件宽厚比的关系。基于试验结果和Mander约束混凝土模型,采用叠加原理建立了精确度较好的方形双相不锈钢管UHPC短柱极限承载力预测公式。

预制拼接槽型UHPC柱偏心受压性能试验研究

为研究预制拼接槽型UHPC柱在受压条件下的力学性能及其影响因素,开展2根整浇UHPC柱及14根预制拼接槽型UHPC柱在不同拼接形式、不同偏心受压方向及不同偏心距下的轴心或偏心受压试验研究.通过考察试件的极限承载力、破坏形态、轴向及侧向变形性能,研究了拼接方式、偏压方向和偏心距对其静力性能的影响.试验结果表明:钢纤维延缓了UHPC的开裂,增强了试件的变形能力,但预制拼接槽型UHPC柱在轴压和小偏压荷载下仍表现出明显脆性破坏特征;在该试验中,偏压柱的破坏形态主要为小偏心受压破坏及大偏心受拉破坏;在相同偏心距下,不同拼接形式、不同偏心受压方向的柱体破坏形态及承载能力表现趋于一致;在相同尺寸与配筋下,预制拼接槽型UHPC柱承载力随偏心距的增加而减小.最后,通过对比试件承载力试验值和我国现行规范理论计算值,定性地指出了现行规范的局限性.本文试验数据可为预制拼接槽型UHPC柱设计提供参考.

土工格室加筋正常固结粉质黏土应力应变响应

土工格室加筋正常固结粉质黏土对工程建设意义重大。基于土工格室与填土的相互作用机制和增量法,采用弹塑性理论、邓肯-张双曲线模型、修正剑桥屈服函数以及剪胀方程,推导了土工格室加筋正常固结黏土的应力应变响应计算模型,进行了土工格室加筋正常固结黏土的三轴固结排水剪切试验,实测不同围压下的应力应变关系,采用三轴试验结果验证了所提理论模型的正确性和可靠性。此外,采用所提理论模型进行了参数敏感分析,研究了填土的力学性质参数、格室的网格尺寸和力学性质参数对于加筋土应力应变响应的影响。研究结论表明,与砂砾料相似,土工格室约束作用对于正常固结黏土的内摩擦角影响较小,而黏聚力有所增加;随着轴向应变的增加或围压的减小,加筋效果逐渐明显;加筋正常固结黏土的强度和刚度随着非线性弹性常数k的增加、强度参数φ的增加和Rf的减小而增大,常数n对于加筋土应力应变响应影响较小。本研究成果可为工程建设提供理论借鉴。

细长焊接圆钢管轴心受压稳定承载力研究

为研究细长焊接圆钢管轴压稳定性能,对30根试件进了轴压试验,分析了试件失稳变形的特征,比较了试件的稳定系数与我国规范中稳定曲线的关系,并考虑钢管几何初始缺陷和残余应力对其稳定承载力进行了有限元分析。研究表明:细长焊接圆钢管的几何初始缺陷具有较大离散性,与我国规范规定值不同,正则化长细比在1.0~1.3区间时,试验得到的稳定系数低于规范值,最大相差-24.4%;几何初始缺陷小于1/500杆长时,可采用规范值进行设计;而几何初始缺陷大于1/500杆长时,建议重新制定压杆曲线。最后,给出了细长焊接圆钢管在8种初始缺陷下的压杆稳定曲线。

锈蚀箍筋矩形柱轴压承载力试验及理论研究

为探究箍筋锈蚀对钢筋混凝土矩形柱轴压性能的影响,以截面形状、箍筋布置、体积配箍率、锈蚀程度为变化参数,设计了27个钢筋混凝土矩形柱试件,并采用全浸泡电化学加速锈蚀法对其中的18个试件进行加速锈蚀。通过轴压试验研究了试件的破坏形态及各参数对其力-位移曲线的影响。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的初始刚度、极限承载力及延性均有所降低。试件的配箍率越低,其极限承载力降幅越显著。而后,基于锈蚀箍筋约束混凝土峰值应力、纵筋压屈模态下剩余承载力及保护层锈胀剩余承载力模型,建立了锈蚀箍筋约束混凝土矩形柱的极限承载力计算模型。通过预测值与试验值的对比,验证了模型的准确性与适用性。该模型可为锈蚀钢筋混凝土结构的剩余承载力的计算及安全评估提供指导。

榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩轴压性能研究

已有研究表明,榫卯-灌浆套筒混合连接装配式方墩(简称混合连接拼装桥墩)的抗震性能接近于整体现浇桥墩。为进一步探讨混合连接拼装桥墩的轴压性能,以钢管的长度、直径以及壁厚等为变化参数,进行1个整体现浇桥墩(编号ZT)和4个混合连接拼装桥墩(编号GTA-0~GTD-0)的轴压承载力试验,结果表明,GTA-0~GTD-0试件的承载力比ZT试件提高了10.1%~14.4%,其延性系数均大于ZT试件;GTA-0~GTD-0试件的轴压承载力随钢管直径和长度的增大而增大,而钢管壁厚对于试件承载力的影响较小;拼装桥墩的破坏位置随着钢管长度的增加而上移,逐渐接近于整体现浇桥墩,但二者的破坏模式基本相同。

碳纤维增强复合布加固混凝土圆柱受压承载力试验与数值模拟

[目的]对不同层数碳纤维增强复合(CFRP)布加固混凝土圆柱进行轴心抗压试验的破坏分析以筛选出最优层数,并在此基础上对混凝土强度及长细比参数作进一步分析.[方法]采用万能试验机对不同层数CFRP布加固混凝土圆柱试件进行轴压试验,同时利用ABAQUS非线性有限元软件进行模拟验证及参数分析.[结果]轴压试验结果的极限承载力及荷载-位移曲线表明,CFRP布加固混凝土圆柱对于提升混凝土的抗压承载力具有明显效果,同时对于C30混凝土而言,两层CFRP布的加固效果最优.有限元模拟结果得出随着混凝土强度的提升,CFRP布的加固效率降低;当长细比大于2∶1时,CFRP布加固混凝土圆柱对于偏心受压时极限承载力的提升较小.[结论]本文通过对不同层数CFRP布加固混凝土圆柱试件进行轴压试验分析,筛选出了最优加固层数.同时提出了相应的有限元模型,其与试验结果吻合良好.基于有限元模型对混凝土强度及试件长细比参数进行充分分析,为CFRP布加固混凝土圆柱在实际工程应用中提供了参考依据.

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

聚脲加固木柱轴心受压性能试验研究

聚脲为绿色环保涂料,喷涂方便,具有较好的韧性、抗腐蚀性和热稳定性。为研究聚脲作为加固材料时木柱加固效果,通过改变聚脲喷涂方式和厚度,设计制作了5种不同加固方式木柱试件,进行轴向静力加载试验,分析各试件破坏形态,并对试件荷载-位移曲线、极限承载力、位移延性系数和刚度等力学性能进行分析。研究结果表明,聚脲与木材具有较好的黏结性,聚脲涂层可与木柱协同受力,改善木材力学性能;采用聚脲加固后木柱承载力和位移延性均有所提高,其中平均极限荷载提高幅度为21.33%~35.58%,平均位移延性系数提高幅度为4.17%~30.83%;间隔喷涂聚脲加固方式较柱身全涂聚脲加固方式对木柱承载力的提升作用更大。

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。

碳纤维编织网与聚丙烯水泥基复合材料加固圆柱轴压试验

完成了14个基于碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件平均压应力-混凝土应变曲线、平均压应力-碳纤维编织网应变曲线及各试件极限承载力柱状图,分析了加固层水泥基复合材料中聚丙烯纤维含量、碳纤维编织网包裹层数及网格大小等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。试验结果表明:采用碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱可明显提高其极限承载力;试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,脆性破坏特征明显;加固层少量聚丙烯纤维含量(质量比0.05%,0.15%,0.25%)的改变对试件承载力的提高不明显;在一定范围内试件承载力随碳纤维编织网包裹层数的增加而提高;相比于2 cm网格碳纤维编织网,1 cm网格碳纤维编织网对试件承载力的提高效果更好。

冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

外方内圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

研究采用轴压试验方法,探究外方内圆钢管混凝土短柱的轴压力学性能。通过设计6根含有相同钢率的外方内圆钢管混凝土短柱,并与2根方钢管混凝土短柱对比分析,发现外方内圆钢管混凝土短柱的极限承载力较方钢管小,但剩余承载力更高。在相同含钢率条件下,增大内钢管直径有助于提高承载力;而在相同内、外钢管直径条件下,增大内钢管面积则减小极限承载力。通过非线性有限元分析验证试验结果,为深化理解外方内圆钢管混凝土短柱性能提供实证支持。

拉-压变轴力下小剪跨比RC剪力墙受剪试验研究

近年来,高层建筑中底部剪力墙因受拉,处于拉-压变轴力和水平荷载耦合受力的问题得到了广泛的关注。为了研究拉-压变轴力下小剪跨比钢筋混凝土(RC)剪力墙的受剪性能,该文完成了3个剪跨比为1.0的RC剪力墙在拉-压变轴力下的往复受剪试验,研究参数为拉-压变轴力变化幅值和加载路径。结果表明:不同加载路径下RC墙均在压剪方向发生剪压破坏,压剪方向极限位移角为1.2%~1.4%;拉-压变轴力变化幅值改变墙体拉剪和压剪承载力,加载路径对墙体的拉剪强度有一定的影响,但对压剪强度影响很小;拉-压变轴力下剪力墙的滞回曲线呈现明显不对称现象,拉-压变轴力的变化幅值对滞回曲线的形状影响较小,但加载路径改变滞回曲线的形状;拉-压变轴力的变化幅值将增加剪力墙拉剪与压剪刚度的差别,在双肢墙结构中可能导致更多的剪力从受拉墙体转移到受压墙体;基于OpenSees建立了可准确模拟拉-压变轴力下RC剪力墙受剪行为的有限元模型。

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明:混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。

预埋钢管钢筋混凝土柱-钢梁装配式节点力学性能试验研究

为研究轴压比和预埋钢管对采用端板螺栓连接的钢筋混凝土柱-钢梁节点力学性能的影响,提出了一种新型钢筋混凝土柱-钢梁装配式节点,采用预埋钢管代替原有PVC管并预留高强对穿螺栓孔道,对不同轴压比下的6个试件进行梁端静力加载试验。根据试验参数,利用有限元分析软件ABAQUS进行建模并加以验证。试验结果表明,除2个试件由于焊缝断裂导致试验终止外,其余试件破坏形态均为梁铰破坏,预埋钢管相比PVC管提高了钢筋混凝土柱节点域抗剪能力,起到了保护作用;6个试件均属于半刚性节点,预埋钢管对于提高节点初始刚度和承载力有一定作用,但并不显著,节点初始刚度和承载力随轴压比的增大而提高;采用有限元分析软件ABAQUS进行模拟,与试验结果吻合,验证了有限元建模方法的合理性,为此种新型节点的后续研究和设计应用提供了参考依据。