海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明,CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下,CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下,CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。

小口径CFRP-方截面钢管混凝土受弯性能研究

为研究小口径CFRP-方截面钢管混凝土的受弯性能,使用钢管外径分别为30、32、35 mm的3种试件(分别命名试件A、B和C)开展12组三点弯曲试验,观察试件的破坏形态并获得荷载-位移曲线。通过测得试件应变变化,对试验构件受弯性能进行分析。利用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性有限元分析,并对钢管与水泥之间的黏结能力、水泥立方体试块抗压强度以及CFRP布厚度3组参数进行参数敏感性分析。研究结果表明:钢管内填充水泥与外缠CFRP布均可以提高试件的抗弯承载力最大值以及抗弯刚度;当钢管、水泥、CFRP布3种材料结合在一起时,提升效果最为明显,A、B、C这3种试件的抗弯承载力最大值分别提高了81.6%、93.3%和92.6%;钢管内是否填充水泥与试件的最终破坏形态有明显关联。有限元分析与试验所得荷载-位移曲线吻合较好,破坏模式一致。CFRP布厚度对抗弯承载力最大值以及梁的抗弯刚度有明显影响。

CFRP环向约束方钢管混凝土压弯构件滞回性能

目的研究CFRP增强方钢管混凝土压弯构件在往复荷载作用下的力学性能.方法以4个CFRP环向约束方钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验为基础,对其跨中荷载-挠度(P-Δ)曲线、跨中弯矩-曲率(M-ф)曲线、跨中挠度-轴向变形(Δ-d)曲线、应变以及挠度曲线形状进行分析.结果所有试件的挠度曲线均近似为正弦半波曲线;钢管和CFRP管可以协同工作;同一点的纵向应变和环向应变异号.结论CFRP对方钢管混凝土有很好的环向约束作用,钢管的局部屈曲得到了延缓.所有试件的跨中荷载-挠度滞回曲线均较为饱满,基本没有捏缩现象,表现出很好的滞回性能.所有试件的弯矩-曲率滞回曲线均较为饱满,在加载初期,试件的变形为弹性变形,进入位移控制后,产生不太明显的"包兴格"效应.

CFRP环向约束圆钢管混凝土扭转性能试验

目的了解CFRP环向约束圆钢管混凝土的扭转性能,给出其抗扭极限承载力的表达式.方法对4个CFRP环向约束圆钢管混凝土进行了扭转性能试验研究,用当量化法给出其抗扭极限承载力的表达式.结果试件的破坏属于强度破坏;在抗扭极限承载力之前,试件基本符合平截面假定;钢管和CFRP筒可以协同工作.确定了CFRP环向约束圆钢管混凝土的抗扭极限承载力指标,抗扭极限承载力的计算结果与试验结果吻合良好.结论环向CFRP对圆钢管混凝土试件的抗扭极限承载力有一定程度的提高,CFRP环向约束圆钢管混凝土典型的扭矩-转角曲线可分为3个阶段:弹性段、增强段和陡降段.

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。

带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点滞回性能有限元分析

设计了两类不同钢骨形式带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点,运用ABAQUS有限元软件建立了该节点的数值分析模型。分析了此类节点的滞回性能、应力分布及破坏形态,考察了外钢管径厚比、内钢骨形式、节点区高度、混凝土强度及轴压比5个参数对该节点抗震性能的影响。结果表明:该类节点滞回曲线饱满,耗能性能良好,且应力分布及破坏形态符合抗震设计中"强柱、弱梁、节点更强"的要求,为今后该类节点的设计和研究提供了理论支撑。

方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能

为研究方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的抗震性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该节点的有限元模型。通过对已有试验中的圆钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能的模拟分析,验证了有限元计算结果的正确性,进而对方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的受力性能进行了数值模拟分析,研究了该节点在低周循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及节点延性;同时考察了柱内型钢含钢率、柱轴压比和环梁配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明:方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能;在节点核心区设置环梁后,节点试件的最终破坏模式为梁端形成塑性铰破坏,环梁对节点核心区保护作用明显,满足"强柱弱梁"及"强节点、弱构件"的抗震设计原则;随着柱内型钢含钢率及环梁配筋率的降低,节点试件的最大荷载、延性系数和抗震性能均有所降低,且强度退化加快;轴压比对节点抗震性能影响较大,当轴压比从0.31增加至0.63时,节点试件的延性系数从4.14降低至2.12,最大荷载降幅高达15.16%。

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象,研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理,分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究,进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明,圆钢管对核心混凝土约束作用强,试件极限承载力较高,其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著,极限承载力大于圆钢管柱;CFRP约束后,极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱,试件极限承载力较低,且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱;CFRP约束对其极限承载力无明显提高,但有效改善了其延性。

CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的极限分析

为研究碳纤维增强树脂复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)约束钢管高强混凝土短柱在轴心受压作用下的极限承载力,对CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱破坏过程工作机制进行探讨,分析CFRP约束钢管高强混凝土与CFRP约束钢管混凝土构件的主要区别与联系,为CFRP约束钢管高强混凝土短柱承载力的极限分析奠定基础。基于极限平衡法,对高强混凝土、钢管和CFRP进行应力分析,推导得到CFRP约束钢管高强混凝土短柱的理论计算公式,将理论计算结果与试验实测值相比较,验证理论公式的正确性。最后将理论计算结果随CFRP层数和钢管壁厚的变化规律进行分析,研究表明:与CFRP约束钢管混凝土相比,CFRP约束钢管高强混凝土中CFRP约束效果较差,而对于CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的提高,厚壁钢管有较大优势。

CFRP包裹环向脱空钢管混凝土构件的有限元分析

在合理选取碳纤维增强复材(CFRP)、钢材和核心混凝土的材料本构模型及其各自单元类型并结合构件实际受力情况设置了相应的接触模型、边界条件和加载方式的基础上,建立了CFRP包裹带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件在轴心受压状态下的有限元模型。验证模型的可靠性后,利用所建立的有限元模型对CFRP包裹带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件的荷载-变形过程、各部件的应力发展及接触应力变化进行了剖析。结果表明,环向脱空缺陷的存在使得钢管与核心混凝土的接触时刻延迟,二者在峰值荷载前没有发生接触,各自均单独受力。CFRP在达到其极限抗拉强度之前,限制了外钢管的变形,延长了钢管与核心混凝土在接触之后的共同工作时间,提高了二者之间的接触应力及构件的轴压承载力。

CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系

在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系.使用该混凝土的本构关系,利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟;并作了相应的8根CFRP钢管混凝土和4根钢管混凝土试件的轴压短柱承载力试验研究.数值分析所得曲线与试验所得的曲线吻合良好,证明经过修正的混凝土本构关系是一种适合于CFRP钢管混凝土轴压构件数值分析的混凝土本构关系.

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。

CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。

CFRP增强方截面钢管混凝土受弯性能研究

以钢管约束效应系数和纵向CFRP增强系数为主要参数,进行16个CFRP增强方钢管自密实混凝土受弯构件的静力试验研究。试验结果表明,试件的弯矩-曲率曲线可以划分为以下三个阶段:弹性段、弹塑性段和软化段;纵向CFRP可以提高试件的抗弯承载力和刚度。对试验结果的分析表明,钢管和CFRP在横向和纵向都可以共同工作;在整个加载过程中,试件变形基本符合平截面假定。应用ABAQUS模拟试件的弯矩-曲率曲线和破坏模态,计算结果与试验结果吻合良好。

CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究

为了了解CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的静力性能,对8根CFRP钢管混凝土核心轴压短柱和用于对比的4根钢管混凝土核心轴压短柱进行静力试验,分析此类构件的载荷-纵向应变关系,并初步探讨约束效应系数对此类构件承载力的影响。研究结果表明:由于CFRP的存在,试件在屈服之后,承载力并不马上下降,而变形却经历一段持续增长;在其他条件相同的情况下,ξcf或ξs越大,CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的承载力越大,且承载力的增长与ξcf或ξs的增加基本呈线性关系,但约束效应系数的增加对提高CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力的效果并不显著。

CFRP-钢管混凝土组合短柱的轴压试验

介绍了CFRP-钢管混凝土组合短柱的制作流程,通过8根CFRP-钢管混凝土组合短柱和4根钢管混凝土组合短柱的轴向极限承载力的试验研究,来了解CFRP-钢管混凝土组合短柱的受力特性,并对这两种组合短柱在轴向荷载下的荷载-应变关系曲线进行比较,发现CFRP会使组合柱在屈服后的曲线有一个下降后又缓慢上升的过程,其程度会随着CFRP的层数改变.给出了外围钢筋混凝土套筒对CFRP-钢管混凝土组合短柱承载力的增强效果曲线以及钢管和CFRP的荷载-应变关系曲线,结果表明:钢管和CFRP可以保持协同工作.

方钢管混凝土柱外环肋节点及其改进型破坏模式研究

通过对方钢管混凝土柱-钢梁外环肋节点的拟静力试验研究和数值分析,探讨了节点的变形特征和破坏模式,指出外环肋节点虽然可满足抗震设计的要求,但存在节点承载力偏小、节点焊缝应力集中等缺陷。借鉴圆钢管混凝土结构中的内锚构造,提出改进型外环肋节点,即在钢管混凝土柱内壁增设"T"型或"L"型内锚。通过对改进型外环肋节点单调加载理论分析,研究了节点各组件受力情况和节点的荷载-位移曲线,指出改进型节点的内锚增强了混凝土的约束效应,显著提高了节点的承载力。

CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况

在工程中应用钢管混凝土组合结构能有效发挥出各类型材料的优点,并且能避免单一材料缺点带来的不良影响。随着工程结构面向高层、大跨度及重载等方向发展,对钢管混凝土结构性能的要求不断提高,希望能够在保持结构性能不变的基础上减少钢的使用量,并且希望钢管混凝土结构本身可以更加轻便、截面面积更小。在这样的情况下,CFRP-钢管混凝土结构在工程中的应用越来越广泛,工程质量得到显著提升。基于此,本文对CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况进行简要分析。

圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱试验研究

通过对8根圆CFRP(碳纤维增强塑料)钢复合管混凝土轴压短柱和4根圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的试验,研究CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱的增强效果.分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等对圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱极限承载力的影响.在本次试验的参数范围内,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率近似随着CFRP的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束效应系数越大,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率越小.

浅析钢管混凝土原理与发展状况

钢管混凝土以其较高的承载能力,良好的延性,占地面积小,自重轻,施工省时省力等优点成为近些年来业界的热门研究话题,广泛应用于高层及超高层、大跨、重载、抗震防爆等工程当中。本文对钢管混凝土的基本原理进行了讲解,并对钢管混凝土的优点及发展情况进行了简要的介绍,文末对钢管混凝土的研究前景做了简单总结。