FRP-混凝土-钢管组合方柱轴心抗压试验研究

通过6个FRP-混凝土-钢管组合方柱的试验研究,考察在轴心受压情况下,组合柱内混凝土的受力性能。结果表明:组合柱在加载后期表现出了良好的延性,且由于内、外管的双层约束,组合柱中混凝土强度均得到了一定程度的提高。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了FRP-混凝土-钢管组合方柱中混凝土的峰值应力和峰值应变的计算公式,经验证计算值与试验值吻合较好。

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能及承载力计算模型

为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供参考,促进其在桥梁墩柱等腐蚀环境下的工程结构中应用,通过21根方柱的轴压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。基于极限平衡理论及FRP约束混凝土实心方柱的试验结果,对FRP-混凝土-钢管组合方柱进行受力分析,提出了其轴压承载力计算模型。结果表明:外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,其强度和延性均得到显著提高;其轴压性能与外层FRP约束程度和内层钢管径厚比密切相关;基于极限平衡理论提出的FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力计算模型的计算过程简单,且计算值与试验结果吻合较好。

FRP-自密实混凝土-钢双壁空心组合柱轴压力学性能分析

本文所研究的组合柱,可以使三种材料优势相融合,力学性能良好,有利于加快施工速度,并保证混凝土在构件各位置分布均匀,但存在一定的不足,具体表现为力学性能不稳定,各材料之间容易出现孔隙。本文将针对该组合结构力学性能进行分析,通过试验与试件设计、材性试验、试件制作、观察试验现象、分析试验结果,明确结构稳定性变化规律,希望为相关行业提供参考。

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。

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.

矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明:组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。

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。

GFRP-再生混凝土-钢管组合柱轴压力学性能试验研究

FRP管-再生混凝土-钢管组合柱作为一种新型组合构件,由外FRP管、内钢管以及两管之间填充的再生骨料混凝土3部分组成,其中再生骨料混凝土的应用,有利于促进建筑结构的绿色化、节能化。通过对21根这种组合柱进行单调轴压试验,研究不同再生骨料替代率及不同FRP管厚度对这种组合结构的轴压力学性能的影响。试验结果表明,该新型组合柱相比于填充普通骨料的双管柱承载力有所下降,但延性却有明显提高,有利于抗震;再生骨料替代率为30%的双管组合构件力学性能较好;同时,相比于FRP约束实心组合柱,再生骨料的双管空心柱也表现出良好的约束效果。

GFRP管-石粉地聚物混凝土-钢管组合短柱轴压性能研究

玻璃钢纤维增强复合材料管-石粉地聚物混凝土-钢管组合柱(DSTC-GC)是一种将废弃大理石粉地聚物混凝土代替普通混凝土而得到的一种新型组合柱。以玻璃钢纤维增强复合材料(GFRP)及钢管的外直径与管厚、混凝土类型、截面空心率等为参数共设计制作了11根试件并开展了轴压性能研究。结果表明:DSTC-GC试件出现三种典型破坏形态,试件曲线呈典型的双线性强化,较普通混凝土DSTC试件发现荷载-钢管应变曲线出现平缓屈服台阶。GFRP及钢管对试件力学性能及变形影响显著,合理的空心率有利于提高DSTC-GC试件材料的使用效率及延性。废弃石粉在DSTC-GC试件中的掺量为50%(质量分数)时试件的轴压性能较好,而普通混凝土DSTC试件轴压性能优于DSTC-GC。基于试验结果,建立了f_(cc)/f_(c0)、ε_(cc)/ε_(c0)及λ_(t)之间的函数关系,对比发现Gao等模型更适用DSTC-GC试件承载力计算。

CFRP-混凝土-钢管组合柱轴心受压性能的有限元分析

采用有限元方法对碳纤维增强塑料(CFRP)-混凝土-钢管组合柱轴心受压性能进行了分析。结果表明,通过合理选择材料的本构模型和单元类型,有限元方法可以较好对组合柱的性能进行分析和评价。同时表明,该新型的组合柱有较大的强度和较好的延性,且各部分受力特性充分利用各材料承力特性,发挥各自的优点,具有很好的力学性能。本文并对钢管和CFRP的应力发展和轴向应力沿径向分布进行了分析,最后经线性拟合得到核心混凝土的强度和极限应变表达式。

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明:所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明:节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。

CFRP-混凝土-钢管组合柱抗爆响应数值分析

为了研究CFRP-混凝土-钢管组合柱抵抗爆炸冲击波作用的能力,基于大型显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,应用ALE多物质流固耦合算法对CFRP-混凝土-钢管组合柱进行了抗爆动态响应研究,并分析了截面含钢率、截面空心率及轴压比等因素对组合柱抗爆性能的影响。研究结果表明:在爆炸荷载下,CFRP-混凝土-钢管组合柱的抗侧刚度和延性比普通混凝土-钢管组合柱更大,能有效地延缓组合柱的开裂与变形;增加含钢率可以有效地减少CFRP-混凝土-钢管组合柱柱中峰值位移和残余位移,提高组合柱的抗爆性能;在一定范围内增大空心率可以提高组合柱的抗爆性能,但过大的空心率会降低组合柱抗爆性能;在临界值内增大轴压比能够显著提高组合柱抗爆性能,但超过临界值后,再增加轴压比会削弱组合柱抗爆性能。研究结果可为该类构件的抗爆设计提供参考。

新型FRP-竹-混凝土组合梁的力学行为

提出一种新型FRP-竹-混凝土组合结构,其由FRP、竹材及混凝土组合而成,混凝土与竹材通过连接件连接。对采用销钉型连接件的FRP-竹-混凝土组合梁的力学行为进行试验研究。研究结果表明：混凝土-竹材的界面表现出一定的滑移,FRP-竹-混凝土组合梁为一种部分组合结构,组合梁因底部竹材纤维拉断而达到极限承载力,FRP筋因失去外部竹材包裹黏结而退出工作,FRP筋达不到极限强度,相对于对比竹梁,极限荷载Pmax提高1.84-2.06倍,对应挠度限值L/250的荷载PL/250提高3.33-3.82倍,承载力和刚度得到大幅度地提高,新型组合梁的力学性能介于完全组合和无组合之间,可通过组合效率系数E定量反映,为减小或避免混凝土承受拉力,应尽量保证组合梁截面中性轴接近竹-混凝土组合界面。

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱力学性能的研究

提出了一种重载柱设计的新模式 ,即钢骨钢管混凝土组合柱 .该组合柱是将钢骨插入钢管中 ,然后内填混凝土形成 .通过 1 3根组合柱的轴心受压试验 ,研究了钢骨钢管高强混凝土组合柱的工作机理、延性和极限承载力 ,讨论了影响这种组合柱性能的主要因素 ,包括套箍指标、配骨指标和长细比等 .研究结果表明 ,这种新型组合柱具有较高的承载力和良好的延性 ,可减小柱截面尺寸 ,增大建筑物使用空间 .根据试验结果 。

钢骨-钢管混凝土组合柱延性的试验研究

本文通过14根钢骨-钢管混凝土组合柱在较高轴压比和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了这种新型组合柱的破坏形态,分析了轴压比(n)、钢骨(As)和套箍指标(Φ)等因素对构件滞回特性、承载力和延性的影响。试验结果表明,钢骨-钢管混凝土组合柱具有很好的延性和很高的承载力。

钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点的非线性有限元分析

以简化的Varma模型作为钢材的循环本构关系模型,建立了2类钢管混凝土柱与组合梁连接节点——梁钢筋贯通钢管节点和梁钢筋与上加强环焊接连接节点的三维非线性分析模型,并采用有限元软件ANSYS对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析。结果表明:由有限元模型得到的低周反复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线与试验所得的结果吻合较好,但在屈服荷载后差异较大;如能恰当地选择材料的本构关系、计算模型和破坏准则,则能够采用有限元模型准确地预测上述2类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,并用于节点滞回性能的非线性参数分析。

钢管-钢骨混凝土组合柱轴压比限值的研究

目的研究使钢管-钢骨混凝土组合柱发生延性破坏时所需要确定的轴压比限值.方法通过对钢管、钢骨的简化处理,从界限破坏出发,分析了钢管-钢骨混凝土组合柱轴压比限值的组成,建立了界限破坏时的计算简图,进而推导出轴压比限值的理论计算公式.结果在确定了轴压比限值的计算公式基础上,对其进行了简化计算,根据不同的抗震等级确定了试验中3个试件的轴压比限值.结论钢管-钢骨混凝土框架柱比钢管混凝土核心柱的轴压比限制提高10%左右,其值随着钢骨含率的增加而提高.因此相比钢管混凝土核心柱,钢管-钢骨混凝土组合柱具有更好的延性.

钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱偏心受压有限元分析

目的研究钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱的偏压力学性能,为工程设计提供相关的参考和建议.方法采用大型通用有限元软件ABAQUS对12根钢骨-圆钢管高强混凝土组合柱偏心受压进行了有限元分析,研究了荷载-变形关系曲线、破坏形态,同时分析了偏心距、配骨指标、长细比和加载方向对于偏心受压组合柱力学性能的影响.结果在整个加载过程中,侧向挠度沿着柱体高度方向的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;组合柱的偏心受压承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而不断提高,不同加载方向对于组合柱承载力和延性的影响相对较小.结论钢骨-钢管高强混凝土组合柱具有良好的偏心受压力学性能.

钢骨-钢管混凝土受弯组合柱受力性能的试验研究

本文通过钢骨-钢管混凝土组合柱受弯试验,分析了这种组合柱受弯的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、承载力和延性等受力性能,并讨论了组合柱的弯矩-曲率曲线特性。