配筋增强钢管混凝土柱尺寸效应和承载力分析

进行了不同尺寸配筋增强钢管混凝土(R-CFST)短柱的轴压试验,旨在明确尺寸效应对受力性能的影响及R-CFST短柱承载力计算方法。将横截面的尺寸作为主要变化参数,制备了大尺寸和小尺寸两组试件,其中对应每一组包括两根R-CFST重复试件,为了对比分析同时准备对应于R-CFST的普通钢管混凝土(CFST)试件。对大、小尺寸试件的破坏模式、受力、刚度、约束效应和承载力等特性开展对比分析,结果表明:套箍系数因径厚比而产生的尺寸效应对以上性能指标产生显著影响;可以忽略R-CFST箍筋的贡献而将承载力的提高归因于纵筋,依此修正规范CFST公式给出R-CFST的统一理论公式,新公式的结果同样偏安全且稳定。

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。

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。

配筋薄壁钢管高强混凝土柱的轴心受压性能研究

为了探索配筋对薄壁钢管高强度混凝土柱轴心受力性能的改善机理,进行了18根试件的轴心受压试验。试验中设计了2种混凝土保护层厚度的配筋钢管混凝土及对应的钢筋混凝土、钢管混凝土和素混凝土等6组试件,以弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段的荷载与位移或荷载与应变关系、承载力、套箍系数为评价参数,研究了此类构件的基本力学特性,并发现:核心混凝土内配置钢筋后采用薄壁钢管是可行的;要提高钢管混凝土的工作性能,配置钢筋的效果明显优于增加钢管壁厚的效果。最终提出了适合此类构件的承载力计算公式。

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。

钢筋增强钢管混凝土短柱的轴心受压性能

为了探究混凝土强度对钢筋增强钢管混凝土短柱(R-CFST)轴压性能的影响规律,进行了试验研究.试验中,将混凝土的强度等级作为主要参数,制备了6种混凝土强度的R-CFST、钢管混凝土和普通钢筋混凝土等54根圆形截面短柱试件.根据试验结果,分析了混凝土强度对受力性能、破坏模式、延性、套箍效应和峰值荷载的影响.结果表明:由于钢筋的贡献,R-CFST轴压性能的退化不随混凝土强度的提高而增加,具有较好的塑性性能;钢筋对R-CFST延性、套箍效应和强度的改善随混凝土强度的提高而变得更加明显;混凝土强度的提高不造成破坏模式的改变;高强度混凝土填充时配置适量钢筋可以有效增强R-CFST的受力性能;给出的计算公式能合理计算R-CFST承载力.

《钢管混凝土结构技术规范》中承载力公式的一致性研究

国家规范《钢管混凝土结构技术规范》(讨论稿)是基于CECS 254:2012、CECS 28:2012和CECS 159:2004等行业技术规程进行制定,相关承载力的计算公式来自不同的规程,公式表达形式差别较大,因此存在一定的兼容问题。为此,对规范中圆形和矩形钢管混凝土承载力计算方法进行系统的研究,分析不同规程的承载力在公式形式和计算精度上的差异性和一致性。结果表明:不同规程的承载力公式虽然在形式上存在一定的差异,但是其内在本质规律相同;通过和大量试验数据的对比,证明了承载力公式的精度都在工程容许的范围内,且总体偏于安全,初步证明国家规范中相关承载力计算方法的一致性和合理性。

配筋方钢管混凝土柱纵筋配筋率的试验研究

为了明确配筋方钢管混凝土(R-CFST)柱的纵筋对其轴心受压性能的影响规律,以5种纵筋配筋率为变化参数,对13根(包括5种配筋率的10根R-CFST和3根方钢管混凝土)短柱试件进行了轴心受压试验。以受力性能、承载力、塑性变形能力、破坏模式、延性和组合效应等为评判标准,分析了试验数据,探索了R-CFST轴压柱纵筋配筋率的设计规则。结果表明:配筋对R-CFST轴压柱受压性能影响明显,纵筋配筋率过小得不到配筋带来的构件性能上的提升,配筋率过大会导致构件因组合效应和延性性能降低而得不到充分利用、产生材料浪费。因此,要获得性能和经济上合理的R-CFST轴压柱,其合理的纵筋配筋率取值范围推荐为1.54%~3.1%;由于配筋率对承载力的影响明显,此类构件的承载力计算方法必须充分考虑纵筋的贡献,从而提出了物理意义明确、形式简单且与现行规范统一理论公式匹配的R-CFST短柱轴压承载力计算公式。