Axial Bearing Capacity of Short FRP Confined Concrete-filled Steel Tubular Columns

The bearing capacity of FRP confined concrete-filled steel tubular （FRP-CFST） columns under axial compression was investigated. This new type of composite column is a concrete-filled steel tube （CFST） confined with fiber-reinforced polymer （FRP） wraps. Totally 11 short column specimens were tested to failure under axial compression. The influences of the type and quantity of FRP, the thickness of steel tube and the concrete strength were studied. It was found that the bearing capacity of short FRP-CFST column was much higher than that of comparable CFST column. Furthermore, the formulas for calculating the bearing capacity of the FRP-CFST columns are proposed. The analytical calculated results agree well with the experimental results.

Bearing capacity of concrete filled bidirectional FRP tube subjected to axial compression

External confinement by fiber reinforced polymer (FRP) is an efficient technique to increase the bearing capacity and ductility of concrete. To better study the mechanical behavior of bidirectional FRP confined concrete, the yield criterion of bidirectional FRP is presented based on the static equilibrium condition in this paper, and a model for calculating the bearing capacity of bidirectional FRP confined concrete is established. The model can capture the character of bidirectional FRP confined concrete. Effects of the confinement effect coefficient, the unconfined concrete strength and the material properties of FRP on bearing capacity are analyzed. Results show that each parameter has different effects on the bearing capacity of bidirectional FRP confined concrete.

Mechanical performance of shear studs and application in steel-concrete composite beams

This work experimentally investigates the effects of shear stud characteristics on the interface slippage of steel-concrete composite push-out specimens. ABAQUS is used to establish a detailed 3D finite element(FE) model and analyze the behavior of push-out specimens. The modeling results are in good agreement with the experimental results. Based on parametrical analysis using the validated FE approaches, the effects of important design parameters, such as the diameter, number, length to diameter ratio, and yield strength of studs, concrete strength and steel transverse reinforcement ratio, on the load-slip relationship at the interface of composite beams are discussed. In addition, a simplified approach to model studs is developed using virtual springs with an equivalent stiffness. This approach is demonstrated to be able to predict the load-displacement response and ultimate bearing capacity of steel-concrete composite beams. The predicted results show satisfactory agreement with experimental results from the literature.

Punching shear behavior of steel fiber reinforced recycled coarse aggregate concrete two-way slab without shear reinforcement

In this paper,the punching shear performance of 8 steel fiber reinforced recycled coarse aggregate concrete(SFRCAC)two-way slabs with a size of 1800 mm×1800 mm×150 mm was studied under local concentric load.The effects of RCA replacement ratio(rg)and SF volume fraction(Vf)on the punching shear performance of SFRCAC two-way slabs were investigated.Digital Image Correlation(DIC)measurement and Acoustic Emission(AE)technique were introduced to collect pictures and relevant data during the punching shear test.The test results show that the SFRCAC two-way slab mainly exhibits punching shear failure and flexure failure under local concentric load.The punching shear failure space area of SFRCAC two-way slab has no obvious change with increasing rg,however,show a gradual increase trend with increasing Vf.Both of the punching shear ultimate bearing capacity(Pu)and its deflection of SFRCAC two-way slab decrease with increasing rg and increase with increasing Vf,respectively.Finally,through the regression analysis of the results from this study and the data collected from related literature,the influence of rg and Vf on the Pu of two-way slabs were obtained,and the equations in GB 50010-2010,ACI 318-19,and Eurocode 2 Codes were amended,respectively.Furthermore,the amended equations were all applicable to predicted the ultimate bearing capacity of the ordinary concrete two-way slab,RCAC two-way slab,SFRC two-way slab,and SFRCAC two-way slab.

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点,在混凝土中常加入钢纤维,端钩型钢纤维,作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注,中外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究,而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能,制作4根端钩型钢纤维混凝土梁及1根普通混凝土梁,对其进行受弯性能试验,根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。结果表明:端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似,均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏4个阶段;端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”;端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展,使得纤维混凝土梁变形能力增强;与一般混凝土梁相比,端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高,且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关;基于试验数据,对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化,开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正,极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ,经修正计算值可较好吻合试验值。

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析

为研究不同参数对火灾后高强钢管混凝土柱受轴压时的性能影响,利用ABAQUS有限元软件模拟火灾后高强钢管混凝土柱轴压模型,对该构件以钢管屈服强度、受火时间、混凝土强度为主要参数进行承载力-位移曲线分析,并剖析火灾后高强钢管混凝土柱典型曲线。结果表明:随着钢管屈服强度和混凝土强度增大,构件极限承载力增大;随着受火时间增加构件极限承载力出现下降趋势;从整体上看,受火时间分别为60、90、120 min时,构件中的混凝土承担主要载荷。

CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱轴压试验及承载力计算方法

为了提升薄壁不锈钢结构的承载性能和耐久性,在不锈钢管内外壁粘贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)复合约束海水海砂混凝土,制得一种CFRP-不锈钢夹层管海水海砂混凝土结构。以CFRP粘贴层数和方式为变化参数,对18个短柱试件进行了单调轴心受压试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移曲线和材料应变分布数据,分析了试件轴压力学性能的变化规律。结果表明:内外贴CFRP能有效地提高结构的承载能力和变形能力;无CFRP和内贴CFRP试件的破坏形态均为剪切破坏,但破坏形态会随着外贴CFRP层数的增加向腰鼓破坏转变;在相同粘贴方式下,试件的承载能力、变形能力和耗能能力随着CFRP层数的增加呈非线性提高;在相同粘贴层数下,内贴CFRP的力学性能提升效果优于外贴CFRP,粘贴1层和2层CFRP时,内贴试件的极限承载力相较于外贴试件能再提高5.6%和6.7%,同时内贴1层CFRP的试件的耗能能力与外贴2层CFRP的相当;应变分析显示,在试件破坏前,CFRP与不锈钢协同工作良好。文中最后基于极限平衡法,考虑不锈钢的应变硬化效应,提出了CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱极限轴压承载力的计算公式,并收集了73个样本的数据进行验证,发现计算值与试验值较为吻合。

新型粉煤灰泡沫混凝土墙体轴心受压性能试验研究

利用工业固废粉煤灰制备节能与承重一体的新型墙体,对无冷弯薄壁C型钢外包内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体FW、外包1mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW1、外包2mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW2分别在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移曲线及墙体极限承载力进行试验研究。研究结果表明:从破坏形态度角度,FW、CW1及CW2在破坏时,冷拔钢丝、冷弯薄壁C型钢发生屈服,泡沫混凝土破裂;FW大面积泡沫混凝土挤压破碎剥落,破坏严重;CW2破坏时完整性优于FW、CW1。从变形角度,CW1、CW2外包的C型钢能够对墙体内部的泡沫混凝土起到约束作用,墙体的刚度得到提升。从承载力角度,CW2较CW1提升了17.4%,较FW提升了23.7%。对墙体的轴压承载力进行理论计算,与墙体轴心受压试验的实测值相比,二者误差在10%以内且小于实测值,满足国家现行规范、行业技术标准相关要求。

磷石膏掺量对钢管混凝土力学性能的影响

通过正交试验研究了粉煤灰掺量(10%、15%、20%、25%)、矿粉掺量(15%、20%、25%、30%)、磷石膏掺量(0、2%、4%、6%)对混凝土抗压强度的影响,优选出了最佳掺量,在此基础上,研究了磷石膏掺量(0、2%、4%、6%)对钢管混凝土轴压性能的影响。结果表明:当粉煤灰、矿粉、磷石膏的掺量分别为10%、20%、2%时,混凝土的28 d抗压强度最大;随着磷石膏掺量的增加,钢管混凝土试件的极限承载力先增大后减小,最佳掺量为2%,此时,钢管混凝土试件受压破坏后的横向变形不明显。

HRB600钢筋钢纤维混凝土梁受弯承载力试验研究

将钢纤维掺入到HRB600高强钢筋混凝土梁中,可以有效改善HRB600高强钢筋混凝土梁的受弯力学性能。通过改变钢纤维体积率、钢纤维混凝土强度和纵筋配筋率,研究了7根HRB600钢筋混凝土梁的受弯性能,以及各试件的破坏形态、跨中挠度和纵筋应变随钢纤维体积率、钢纤维混凝土强度和纵筋配筋率的变化规律,探讨了受弯承载力的计算方法。结果表明:HRB600钢筋钢纤维混凝土梁的受弯力学性能与普通钢筋混凝土梁相似,截面应变分布符合平截面假定,受弯承载力随着钢纤维体积率、钢纤维混凝土强度以及配筋率的增加而增大,其中钢纤维掺量的提升幅度比钢纤维混凝土强度明显。普通钢筋钢纤维混凝土梁的正截面受弯承载力公式同样可用于HRB600高强钢筋钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算,受弯承载力实测值与计算值吻合较好。

方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为研究方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能,首先设计并开展了4根轴压短柱试验研究。进而采用Abaqus有限元软件建立方形耐候钢管混凝土短柱有限元模型并进行数值分析。数值模拟结果表明,轴压短柱直至破坏共经历了3个阶段:弹性段、弹塑性段和破坏段。其破坏模式均为柱中局部屈曲。耐候钢拉伸性能试验特征与低碳钢的力学性能相近,有限元建模采用低碳钢本构关系可准确模拟方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能。钢管内焊接拉筋能有效改善钢管对核心混凝土的约束作用,进而提高轴压短柱的极限承载力和延性。最后,方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能与普通钢管混凝土短柱无异。

U型Twin-PBL剪力键极限承载力的数值分析

根据端部承压混凝土可提高Twin-PBL剪力键承载能力的特点,提出一种新型的可用于装配式钢混组合结构的间断式U型Twin-PBL剪力键。通过3组推出试验试件的非线性数值模拟分析,研究了这种新型剪力键的极限承载特点和承载力。结果表明:U型Twin-PBL剪力键极限承载能力较普通承压型Twin-PBL剪力键有显著提高,且提高主要来源于端部混凝土承压面积增大,所以混凝土强度的提高对该剪力键承载能力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋两部分对承载力贡献无明显变化,故而通过修正端承压混凝土面积得到了这种剪力键承载力计算公式。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥的间断式剪力键提供了新的思路。

碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析

以输电铁塔受损角钢为研究对象,借鉴国内外碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复技术,提出采用碳纤维布加固铁塔角钢的方法。该方法采用胶黏剂将碳纤维布粘贴至角钢表面进行加固,加固过程中不会对角钢产生二次损伤,且流程简便,实用性强。通过建立组合结构数值分析模型,研究碳纤维布加固厚度、加固层数、铺层角度和加固方式对组合构件加固效果的影响。结果表明:使用碳纤维布加固角钢对长细比较大构件承载力的相对提高程度会增大;当采用四层铺设厚度共为0.668 mm的碳纤维布时,对角钢极限承载力的提升基本可以满足加固需求;碳纤维布各铺层角度沿角钢轴心受压方向均采用0°方向进行铺设时,可以最大化加固效果;结合经济性考虑,对角钢进行中包加固方式效果要优于全包加固效果。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

钢管煤矸石混凝土轴心受压承载能力

针对煤矸石堆积带来的环境污染问题,将煤矸石作为混凝土粗骨料进行资源化利用是合理的解决途径且经济效益显著。将煤矸石作为粗骨料制备钢管煤矸石混凝土,开展轴心受压试验,其中,煤矸石混凝土设计强度等级为C40。探究构件破坏形式与破坏机制及钢管约束作用对核心混凝土强度的提升程度,并根据钢管纵向应变分布研究钢管与煤矸石混凝土之间的黏结应力,分析不同加载方式、径厚比、煤矸石取代率对构件轴压承载力的影响规律。结果表明:加载方式A呈剪切型破坏,加载方式B呈腰鼓型破坏,钢管对煤矸石混凝土具有很好的横向约束;在加载方式A下试件极限承载力高于加载方式B,但加载方式B核心混凝土抗压强度提升更为显著;影响钢管煤矸石混凝土极限承载力的主要因素是取代率,钢管煤矸石混凝土可以很好地弥补煤矸石混凝土自身强度低的特点。

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。

方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究各设计参数在不同煤矸石粗骨料取代率下对方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式。方法 利用ABAQUS有限元分析软件建立方钢管煤矸石混凝土短柱轴压有限元模型,并与试验结果对比,验证模型的准确性;分析试件应力分布与荷载分配,并采用控制变量法分析试件在5种煤矸石粗骨料取代率下主要参数对其轴压承载力的影响。结果 相同设计参数下,试件轴压承载力随煤矸石粗骨料取代率的提高而降低,且最大降幅未超过14%;当试件截面边长一定时,含钢率对试件轴压承载力的影响最显著,其中,含钢率由7.4%增加至20.3%使试件轴压承载力在不同取代率下平均提升68.85%。结论 掺入煤矸石粗骨料不会使构件轴压承载力显著劣化,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014),引入煤矸石粗骨料取代率影响系数后的计算误差小于5%,可为相关研究提供参考。

轻钢-混凝土组合梁极限承载力研究

轻钢-混凝土组合梁作为冷弯薄壁型钢结构体系中主要的受力构件,应具备良好的受弯性能以保证竖向荷载的有效传递。参照冷弯薄壁型钢-混凝土组合梁的抗弯试验,建立试验试件有限元分析模型,通过与试验结果对比,验证了有限元建模方法的可靠性。基于验证后的有限元模型,对组合梁跨度、楼盖梁跨高比以及楼盖梁高厚比等关键因素进行了变参数分析。结果表明,跨度影响组合梁的破坏模式是受剪控制或是受弯控制的重要因素。在设计组合梁时,建议通过减小跨度、增加楼盖梁高度和厚度的方式来提高组合梁的极限承载能力。